在高功能水凝胶范畴,尤其是高含水量的情况下,强度与耐性难以统筹的应战一直是研究人员重视的焦点。跟着生物医疗、软体机器人和柔性电子等范畴的加快速度进行开展,开发兼具高强度、优异耐性且可大规划出产的水凝胶纤维资料对推进这些前沿范畴的开展具有极端重大意义。传统的冻融法制备的聚乙烯醇(PVA)水凝胶,因为冰晶的无规成长,通常会导致凝胶网络内结构的不均匀,在水凝胶接受外界载荷时,往往会产生应力会集,导致较差的强度和耐性。抱负的凝胶网络应该具有愈加均匀的能量耗散网络,使载荷在整个材猜中均匀涣散。
该水凝胶纤维是经过湿纺纺丝的办法接连出产的,DMSO作为溶剂,乙醇作为凝结浴。在湿纺进程中,密布缠结的聚合物链段在不良溶剂的快速交流进程中局域结晶,构成密布且空间部分均匀的交联位点;在盐析进程中,高浓度盐经过霍夫密斯特效应诱导固有的结晶进一步成长,得益于凝结浴带来的细密化结构,盐析进程被极大加快;拉伸取向后,晶粒产生取向,使得纤维轴向强度显着进步;在进行100℃退火后,拉伸进程中产生的剩余应力被消除,取向被进一步固定,交联相也在高温下产生了进一步的成长和拼装。
首要作者对水凝胶的晶体结构可以进行了表征,得益于取向和退火进程中,盐充任献身模版,约束了枯燥进程中产生的过量结晶,水凝胶并未表现出较高的结晶度,这表明除了更多的交联相外,优化的微观结构设计也是进步机械功能的重要办法。盐析前后微晶之间的间隔并未产生较大改变,晶粒标准和结晶度稍微添加,对应于盐析进程中的晶粒成长;在取向和退火进程中跟着细密化程度的进步相邻晶粒距离敏捷减小,伴跟着结晶度的明显添加。一切制备的水凝胶均表现出均匀细密的纳米纤维网络结构,证明晰均相交联网络的构成。
图2 不同阶段微晶结构和微观描摹表征(结晶度,取向度,晶粒标准和晶粒距离)
与部分盐析水凝胶将高浓度盐保留在水凝胶中进行力学功能测验的办法不同,该作业中一切水凝胶的机械功能测验均是在去离子水中清洗和彻底溶胀后进行的,四个阶段的水凝胶表现出从0.32–141.66 MPa 跨过3个数量级的改变,而且不同阶段的水凝胶功能可以精确的经过制备工艺灵敏调整,如纺丝液浓度,盐品种,盐浓度,牵伸比,退火温度等。高纺丝液浓度对应更密布的链缠结,高的链缠结会按捺相别离在大空间标准规模的产生,使得结晶相以更小更密布的方式涣散在凝胶网络中,因而导致较低的结晶度,风趣的是低的结晶度对应更强的力学功能,这进一步说明晰均相交联网络的在能量耗散上的优越性。
作者选用微晶涣散成长的办法接连化制备了具有均相交联网络的水凝胶纤维,完成了强度和耐性的统筹,所制备的水凝胶纤维具有高强韧,通明,抗细胞粘附,低细胞毒性,可规划化制备等特色,具有在柔性生物光纤,安排代替等生物医用方向的使用潜力,该战略相同有助于启示其它聚合物资料的均相结构设计。
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