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高分子水凝胶越煮居然会越强

时间:2019-05-12来源:申博太阳城浏览次数:

生活经验通知我们,面条、粉条等与水凝胶相似的高聚物越煮越软,末了能够烂成一锅粥。然则,近期来自广东工业大学的一份研讨注解,高份子水凝胶越煮居然会越强。


水凝胶的强度是人们一向存眷的科学题目。但完成高强度每每以捐躯自修复、抗疲劳性等为价值。别的,水凝胶的情况耐受性也每每不尽人意。设想并完成动态的、分布式的交联位点是到达高机能水凝胶资料的有效途径。疏水团簇是最值得存眷的交联位点,主如果因为其高稳定性与普适性。然则,长期以来的试验重复证明,强韧力学机能须要长烷烃侧链所组成的疏水团簇,而长烷烃链的位阻效应等诸多晦气特征每每致使水凝胶具有断裂伸长率与较差的可回复性。


广东工业大学的一些小伙伴们经由思索总结短烷烃链的连系能,以为在疏水团簇中只需短烷烃链的数目足够多,也能够到达长烷烃链组成疏水团簇的等效强度,也许能够明白“小而多”等同于“大而少”,或许“人多力量大”吧。同时,局部短烷烃链也能够结分解异常弱的疏水团簇,在应力应变历程当中,供应能量耗散,有利于加强增韧。那末为何以往的文献都未能通太短烷烃链完成高强韧性水凝胶呢?

图1水煮加强短烷烃链(以己烷为例)交联分解的水凝胶资料。

图2 24℃下水煮前后水凝胶的拉伸行动(A)应力-应变曲线,(B)弹性模量,(C)Mooney–Rivlin曲线,(D)网络构造的拉伸示意图,球体代表交联位点,如图2C所示,色彩越深,键的强度越高。


在一次试验中,这些广工的小伙伴们意外埠发明,本来窍门就在于:须要把短烷烃构成疏水团簇煮一煮能力到达料想的强度。如图1所示,他们发明经热水煮过的短烷烃链交联的水凝胶的强度是未经水热处置惩罚后的四倍,刚度则增大了十余倍。进一步的构造研讨注解,机制上主如果因为水煮历程致使了水凝胶中基于短烷烃链的疏水团簇数目的增添:如水热处置惩罚起首有效地打乱了水凝胶中的短烷烃侧链,致使构象弛豫。随后,高自由度的扰动链发作热力学上自觉的、不可逆的重排。

一种全新的绿色常温水相ZIF-8分子筛膜合成法

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或金属离子团簇和刚性有机配体配位而成的一种具有高度有序的多孔结构和超高比表面结的新型杂化材料。由于MOFs材料本身具备超高的比表面积,可以调控的晶体微孔大小、以及易于官能化的有机配体,使得MOFs对于次纳米级的气体分子具有极高的分离能力,是极具发展潜力的分离膜材料。沸石咪唑骨架(ZIFs)是一类具有沸石晶型和有序孔道的高水热稳定性MOF材料,可以在包括水、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺等。ZIF-8等不同溶液体系中快速合成,因此是研究最多的一种MOF膜材料。其中ZIF-8晶体的微孔直径为0.34 nm,极其适合分离气体分子。纯ZIF-8膜最早是由微波辅助的溶剂热方法在100℃下合成于多孔钛基底上的。目前常用的ZIF-8分子筛膜合成方法主要是种子生长法和基底预修饰法。但这些方法往往包括较为复杂的基底表面处理,以及较为苛刻的合成条件,制膜过程中需要消耗大量能量,并产生有毒有害的废物。因此合成高性能无缺陷的MOFs分子筛膜的最大挑战在于如何采用简单绿色的方法,来精确控制MOFs在多孔基底上的异相成核。 日前针对ZIF-8材料成膜性差的难题,哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室成员、化工与化学学院教授邵路团队开发了一种


短烷基侧链缔合的疏水性和超份子性,使其能耐受种种离子,并在溶剂(乙醇的水溶液)的辅佐下,显示出了优越的自愈合性(图3)。

图3.PVA-C6-gel在水溶液中的耐久性和溶剂辅佐愈合。(A)经由分歧情况的水溶液处置惩罚后的应力-应变曲线,(B)与原始水凝胶比拟,经由在分歧情况的水溶液处置惩罚以后,其抗拉强度(σf),断裂应变(Ɛf)和弹性模量(E)的保存系数,(C)热稀释乙醇溶液辅佐愈合历程,(D)溶剂辅佐愈合历程的光学显微镜图象,(E)愈合后的PVA-C6-gel的机器拉伸行动。

末了,他们证明了这类水凝胶能够作为一种先进的外形影象资料,它能够在分歧温度的水情况中举行由温度编程的外形规复。这类连系在其他的水凝胶中很少能完成。依据本文的设想道理,只需简朴地转变侧烷基链的长度及其与侧烷基链之间的长度,就能够制备出大批具有优秀力学机能和外形影象机能的水凝胶资料(图4)。


图4.PVA-C6-gel的外形影象功用(A)PVA-C6-gel线圈永远外形的制备要领,(B)在37℃的去离子水中,由暂时外形(线条)到永远外形(线圈)的规复历程,(C)三重形变历程,(D)定量研讨PVA-C6-gel的三重外形影象机能。


相干研讨宣布在美国化学会的运用资料与界面。

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