【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中科院合肥物質(zhì)院固體所高分子與復合材料研究部田興友和張獻研究員團隊聯(lián)合鄭州大學楊艷宇副教授等，利用鎵銦合金( EGaIn)引發(fā)聚合，并作為柔性填料，構(gòu)建了一種可用于人機交互和紅外偽裝的超拉伸、自愈合的 LM/PVA/P(AAm-co-SMA)雙網(wǎng)絡水凝膠。相關結(jié)果發(fā)表在 Materials Horizons 上。
 

　　水凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的軟材料，通過引入離子、導電聚合物和導電填料，可獲得導電水凝膠。但是，由于導電聚合物共軛結(jié)構(gòu)的固有剛性、導電填料與水凝膠基體的不相容性，以及鹽析效應，目前大多數(shù)導電水凝膠的機械性能較差，如韌性低、抗拉強度低、自恢復和自愈合性能不理想，大大限制了水凝膠的應用領域。
 

　　鎵銦合金(EGaIn)作為一種熔點接近或低于室溫的液態(tài)金屬(LM)，可以通過超聲波分散制備成EGaIn微球，用作納米填料。與其他剛性納米填料不同，它們可以適應聚合物基體的變形，從而有效地增韌聚合物。此外，EGaIn中的鎵(Ga)可以引發(fā)乙烯基單體發(fā)生自由基聚合。Ga3+能夠與羧基、羥基進行配位，形成動態(tài)犧牲鍵，用于耗散能量。因此，鎵基液態(tài)金屬具有改善聚合物基體機械性能的潛力。
 

　　鑒于此，研究人員利用鎵銦合金( EGaIn)引發(fā)聚合，同時作為柔性填料，構(gòu)建了一種超拉伸和自愈合的 LM/PVA/P(AAm-co-SMA)雙網(wǎng)絡水凝膠。剛性的 PVA微晶網(wǎng)絡和韌性的 P(AAm-co-SMA)疏水網(wǎng)絡的協(xié)同作用，以及聚合物網(wǎng)絡之間的離子配位和氫鍵(多重物理交聯(lián))，賦予了 LM水凝膠優(yōu)異的超拉伸性( 2000%)、韌性( 3.00 MJ/ m3)、抗缺口性和自愈性(室溫 24 h愈合效率大于 99%)。 LM水凝膠表現(xiàn)出敏感的應變感應行為，可用于人機互動以實現(xiàn)運動識別和健康監(jiān)測。另外由于 EGaIn具有良好的光熱效應和低紅外發(fā)射率， LM水凝膠在紅外偽裝方面顯示出巨大的應用潛力。
 

　　合肥物質(zhì)院張獻研究員和鄭州大學楊艷宇副教授為文章的共同通訊作者，碩士生李宵飛為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金、合肥物質(zhì)院院長基金的支持。
 

圖 1. 液態(tài)金屬水凝膠的機械性能表征。
 

　　圖 2. (a) 壓力傳感器的原理圖； (b, c) 在壓力傳感器上寫 "CAS " 和 "USTC " 時的電阻變化； (d) 人機交互系統(tǒng)的示意圖； (e) 戴著人機交互手套的志愿者打開他的手指， LED 屏幕顯示數(shù)字 "5" ； (f) LM 水凝膠制備的人機交互手套根據(jù)志愿者手指的彎曲情況顯示數(shù)字。