還認(rèn)為水凝膠“吹彈可破”嗎？帶你領(lǐng)略“防彈”水凝膠的魅力
水凝膠基柔性材料已廣泛應(yīng)用于人工智能、可穿戴設(shè)備、軟物質(zhì)機(jī)器人、電子器件等領(lǐng)域，而如何保證其在沖擊作用下維持其結(jié)構(gòu)與性能的穩(wěn)定性是待解決的一大難題。貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)由文石晶體與有機(jī)基質(zhì)交錯排列而成，呈現(xiàn)出規(guī)整有序的”磚墻”式結(jié)構(gòu)，具備極高的強(qiáng)度和韌性。
陳詠梅課題組采用紫外引發(fā)自由基聚合的方法設(shè)計了一種新穎的基于珍珠層仿生結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度抗穿刺氯化鋰/聚乙烯醇/聚丙烯酸水凝膠（LiCl-PVA/PAA）。經(jīng)由紫外引發(fā)聚合的PVA/PAA水凝膠前驅(qū)體在濃鋰鹽的作用下形成仿珍珠層”磚墻”式結(jié)構(gòu)，其中PAA相當(dāng)于“磚”承受抗壓強(qiáng)度，PVA形成沿著相界分布的薄層網(wǎng)絡(luò)起能量耗散的作用（相當(dāng)于“砂漿”），使該基于珍珠層仿生結(jié)構(gòu)LiCl-PVA/PAA水凝膠獲得了極優(yōu)異的機(jī)械性能（圖1）。
該凝膠具有自修復(fù)功能，可以抵抗500?g的負(fù)載以及實現(xiàn)縫合操作。其拉伸強(qiáng)度達(dá)到11.3±2.1MPa，應(yīng)變超過1300％，韌性為48.0±3.1 MJ / m3，斷裂能為54.9kJ / m2，抗壓強(qiáng)度超過700?MPa?(是目前最先進(jìn)的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的10倍以上)，此外，該凝膠薄膜可承受釘尖400?MPa的靜態(tài)穿刺，同時可承受最高時速為540公里/小時的飛行鋼球（動能是尖銳飛行物的8倍）的沖擊，并將鋼球彈回后恢復(fù)原態(tài)，展示出了極優(yōu)異的抗穿刺抗擊打能力（圖2）。
通過設(shè)計貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)的LiCl-PVA/PAA水凝膠同時具備高韌性和高強(qiáng)度，后續(xù)工作再利用水凝膠多樣化體系的電化學(xué)兼容性，使該凝膠材料成為可預(yù)見的抗穿刺電池、燃料電池以及電子產(chǎn)品的候選材料。本篇文章發(fā)表在ACS Appl.?Mater. Interfaces上，陜西科技大學(xué)特聘教授陳詠梅，西安交通大學(xué)宋曉平教授和美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)譚力教授為共同通訊作者。
論文信息與鏈接
Zhao?XQ,?Wang?MX,?Chen?YM*,?Chen?ZG,?Suo?T,?Qian?W,?Hu?J,?Song?XP*,?Mei?WN,?Sabirianov?R,?Tan?L*.?ACS Appl.?Mater. Interfaces.?2019, 11:?19421-19428.?DOI: 10.1021/acsami.9b02328
