国产产无码乱码精品久久鸭,人妻少妇精品视频一区二区三区 ,欧美色精品人妻在线视频,97在线观看播放

納米纖維可以顯著提高材料的力學(xué)性能，被認(rèn)為是制備混合水凝膠的理想剛性增強(qiáng)材料。但不透明納米纖維在水凝膠基體中的層狀沉積或不均勻分布會(huì)導(dǎo)致混合水凝膠的機(jī)械性能變低，透明度變差。在不影響透明性的前提下，制備一種堅(jiān)韌、可拉伸、均勻的納米纖維增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

東華大學(xué)紡織學(xué)院丁彬、張世超團(tuán)隊(duì)在《Advanced functional materials》上以“In Situ Synthesis of Mechanically Robust, Transparent Nanofiber-Reinforced Hydrogels for Highly Sensitive Multiple Sensing”為題，報(bào)道了一種具有機(jī)械和電子穩(wěn)定性的透明納米纖維增強(qiáng)的SFRHs水凝膠。

研究團(tuán)隊(duì)將二氧化硅納米纖維、乙烯基硅烷巧妙地整合入海藻酸鈉(SA)/聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠中，制備了一種透明納米纖維增強(qiáng)的SFRHs水凝膠，其中PAM鏈通過(guò)硅烷共價(jià)連接到二氧化硅納米纖維上，形成堅(jiān)固的界面化學(xué)鍵。此外，二氧化硅納米纖維和PAM鏈之間的界面提供了非共價(jià)的相互作用(例如氫鍵)，在拉伸過(guò)程中可能會(huì)斷裂和重組，耗散能量并使水凝膠網(wǎng)絡(luò)均勻化。

SFRHs的制備

二氧化硅納米纖維的高長(zhǎng)徑比和納米纖維與水凝膠網(wǎng)絡(luò)之間穩(wěn)定的界面結(jié)合，都有助于SFRHs具有優(yōu)異的力學(xué)性能。研究團(tuán)隊(duì)首先制備了不含硅烷的硅納米纖維增強(qiáng)水凝膠，界面上只存在物理鍵合，將此水凝膠記為p-SFRHs。當(dāng)硅納米纖維的長(zhǎng)徑比從50增加到400時(shí)，其力學(xué)強(qiáng)度有較大提高(從0.11 MPa增加到0.24 MPa)，這可能與界面強(qiáng)度的提高有關(guān)。

為了提高界面負(fù)載傳遞效率，在納米纖維和水凝膠基體之間引入TMSPMA，將此水凝膠記為c-SFRHs。c-SFRHs的力學(xué)強(qiáng)度為0.3 MPa，應(yīng)變?yōu)?400%, 楊氏模量為0.11 MPa，其高模量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的具有相似的高含水量的可拉伸堅(jiān)韌水凝膠。

為了深入了解納米纖維的增強(qiáng)機(jī)制，采用全原子分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬方法，量化了L/d比和共價(jià)鍵對(duì)sfrh界面性能的影響。兩種具有不同L/d比的硅納米纖維p-SFRH5、p-SFRH10，以及額外引入TMSPMA的c-SFRH10被作為三種模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著L/d比的增加，相互作用能從1135增加到2241 kJ·mol-1，表明物理相互作用增強(qiáng)，如范德華力、庫(kù)侖力，以及硅納米纖維和水凝膠基質(zhì)之間的氫鍵。引入穩(wěn)定的共價(jià)鍵后，復(fù)合水凝膠的界面能顯著提高到4000 kJ·mol-1。此外，對(duì)三種模型的界面摩擦進(jìn)行了拉拔模擬，以動(dòng)能損失為基礎(chǔ)，計(jì)算了三種模型的界面摩擦力。c-SFRH10的最大摩擦力為3.34 nN (p-SFRH5和p-SFRH10分別為1.06和1.87 nN)。這種巨大的摩擦力使得硅納米纖維和水凝膠基體之間很難發(fā)生滑動(dòng)，這與觀(guān)察到的c-SFRHs表現(xiàn)出最高的模量和強(qiáng)度是一致的。

SFRHs力學(xué)特性和強(qiáng)化機(jī)制

與p-SFRHs的小滯后相比，c-SFRHs在加卸載循環(huán)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出更大的滯后，而卸載后的永久變形幾乎可以忽略不計(jì)，突出了其韌性和超彈性。經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)拉伸試驗(yàn)后，c-SFRHs的楊氏模量、最大應(yīng)力和能量損失系數(shù)均沒(méi)有顯著下降。與脆性的傳統(tǒng)水凝膠相比，SFRHs顯示出強(qiáng)大的壓縮回彈性和高壓縮應(yīng)力(90%應(yīng)變時(shí)為2.6 MPa)。此外，它們可以在如此大的應(yīng)變下被反復(fù)壓縮而不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌。另外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著二氧化硅納米纖維含量的增加，阻抗逐漸降低，表明SFRHs的離子電導(dǎo)率呈不斷增加的趨勢(shì)。離子電導(dǎo)率的提高歸因于兩個(gè)效應(yīng)：首先，非導(dǎo)電性二氧化硅納米纖維在復(fù)合水凝膠中占有較小的體積，確保了離子在水中的高遷移率。其次，具有高長(zhǎng)徑比和酸性表面(-OH基)的二氧化硅納米纖維吸引反離子，在整個(gè)水凝膠中形成一個(gè)連續(xù)的高導(dǎo)電通道。

SFRHs的超彈性和離子電導(dǎo)率

SFRHs在較寬的傳感范圍內(nèi)具有較高的靈敏度和循環(huán)穩(wěn)定性，可用于監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)和脈搏跳動(dòng)。SFRHs能夠有效監(jiān)測(cè)復(fù)雜而微小的外界刺激，比如書(shū)寫(xiě)字跡等等，這在字跡防偽等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。

SFRHs的傳感性能

論文題目：In Situ Synthesis of Mechanically Robust, Transparent Nanofiber-Reinforced Hydrogels for Highly Sensitive Multiple Sensing

DOI: 10.1002/adfm.202103117

（來(lái)源：高分子科學(xué)前沿）