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 【引言】

水凝膠在諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，包括組織工程、傷口處理、生物醫(yī)用設(shè)備以及水下柔性機(jī)器人等領(lǐng)域。雖然水凝膠在以上領(lǐng)域具有巨大的需求，并且科學(xué)家對(duì)水凝膠的研究在不可逆鍵的強(qiáng)性水凝膠方面已經(jīng)取得重大的進(jìn)步，但在依然無(wú)法得到在水下具有快速、可逆和強(qiáng)粘性的強(qiáng)性水凝膠。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，日本北海道大學(xué)的龔劍萍教授課題組報(bào)導(dǎo)了一種制備在水下具有快速、可逆和強(qiáng)粘性的性水凝膠的方法。這種方法通過(guò)將動(dòng)態(tài)鍵和生物啟示的表面排水結(jié)構(gòu)相結(jié)合制備得到水凝膠。制備得到的水凝膠只需在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)很小的應(yīng)力作用就可以粘附在表面。其粘附強(qiáng)度和剝離能可達(dá)25 kPa和50 J/m².該成果以題為"Tough Hydrogels with Fast , Strong, and Reversible Underwater Adhesion Based on a Multiscale Design"發(fā)表在Adv. Mater.上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 水凝膠設(shè)計(jì)示意圖

(a).通過(guò)喉盤(pán)魚(yú)吸盤(pán)幾何圖案獲得的啟示

(b).擁有六邊形凹槽結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)鍵的水凝膠

(c).六邊形凹槽作為排水通道幫助水凝膠在水下與表面快速接觸

(d).水凝膠六邊形凹槽結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)鍵與界面結(jié)合

(e).在水凝膠伸展過(guò)程中，水凝膠本體的動(dòng)態(tài)鍵斷裂消耗能量，從而使界面處不容易斷裂

(f).獨(dú)立的六邊形結(jié)構(gòu)防止裂紋在界面處的擴(kuò)散

圖2. 原位觀測(cè)水凝膠在水下與玻璃的接觸過(guò)程

(a).水凝膠的表面結(jié)構(gòu)照片

(b).觀察水凝膠和表面接觸的示意圖

(c).在接觸測(cè)試中，位移、應(yīng)力和接觸面積比例隨時(shí)間的變化

(d).P0, P1和P2樣品在不同時(shí)間的接觸圖像

圖3. 水凝膠可逆的水下粘附性能表征

(a).不同表面結(jié)構(gòu)水凝膠與玻璃（硬基底）接觸過(guò)程中，應(yīng)力和位移隨時(shí)間的變化

(b).不同表面結(jié)構(gòu)水凝膠與玻璃粘接界面脫粘的圖像

(c).不同表面結(jié)構(gòu)水凝膠凝膠表面（軟基底）接觸過(guò)程中，應(yīng)力和位移隨時(shí)間的變化

(d).P1樣品在硬玻璃和軟PA凝膠上的形變比較圖片

(e,f).凝膠的可逆粘附測(cè)試

圖4. 水凝膠在不同基質(zhì)上的粘附性能

(a).水凝膠的粘附強(qiáng)度

(b).水凝膠的剝離能

【小結(jié)】

在這個(gè)工作中，作者報(bào)導(dǎo)了一種制備在水下具有快速、可逆和粘性的強(qiáng)性水凝膠的方法。這種方法通過(guò)將動(dòng)態(tài)鍵和生物啟示的表面排水結(jié)構(gòu)相結(jié)合制備得到水凝膠。制備得到的水凝膠只需在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)很小的應(yīng)力作用就可以粘附在表面。其粘附強(qiáng)度和剝離能可達(dá)25kPa和50J/m2.

文獻(xiàn)鏈接：Tough Hydrogels with Fast , Strong, and Reversible Underwater Adhesion Based on a Multiscale Design (Adv. Mater., 2018, DOI: 10. 1002/adma.201801884)