溶胶的制备及电泳原理和步骤（北京化工大学AFM简单通用方法）

溶胶的制备及电泳原理和步骤（北京化工大学AFM简单通用方法）图5. DESs-PVA共析胶的粘附表征。a）DESs-PVA共构造胶粘附测试示意图。b）DESs-PVA15共析胶粘附在各种基材上的照片，可以轻松承受悬挂在亲水和疏水表面上的1.5公斤重量。c）搭接剪切曲线和d）DESs-PVA15共析凝胶粘附的不同基材的相应粘合强度。图4. DESs-PVA共析胶的可修复性。a） 证明DESs-PVA15的易修复性的照片。b）原始、缺口和修复的DESs-PVA15的拉伸曲线。c） DESs-PVA共析胶可修复过程的示意图。图1. DESs-PVA共析胶的制造和性能展示。a） 溶剂置换法连续制备DESs-PVA共析胶过程的示意图。b） 透明DESs-PVA15共析胶的照片，可以扭曲和压接。c） 显示了DESs-PVA15（50毫米×5毫米×2毫米）的极高强度，可承受7公斤的哑铃而不会发生任何变形。图2. DESs-PVA共析凝胶形成的机制研究。比较a）A

人工智能以及可植入和可穿戴电子设备的兴起，促使人们不断探索柔性凝胶材料的合成方法。目前，以水、有机溶剂或离子液体为连续相的传统凝胶面临着耐温性差、导电性低、生物不相容性和成本高的问题，这实际上阻碍了它们的应用。共晶凝胶是近年来在凝胶家族中出现的一类新型软材料，其由交联聚合物网络和深共晶溶剂(DESs)组成。得益于DESs固有的高导电性、弱挥发性、广泛的热稳定性和低成本，共熔凝胶非常适合取代耐温水凝胶和昂贵的离子凝胶作为柔性离子导体，在能源、电子和环境科学方面具有不可估量的前景。然而，目前的物理共析凝胶的机械强度和韧性较弱。

来自北京化工大学的学者利用聚乙烯醇(PVA)在水和深共晶溶剂(DESS)中的分布差异，提出了一种简单而通用的溶剂置换方法来调节聚合物内/聚合物间相互作用的时空表达，以制备强韧的物理共熔胶。DES与水的交换可以重新加强水中PVA链之间减弱的相互作用，使PVA结晶形成均匀而坚固的聚合物网络。因此，制得的聚乙烯醇共析凝胶具有创纪录的高强度(20.2 MPa)、韧性(62.7 MJ m-3)和抗撕裂性能(撕裂能Σ42.4 kJ m-2)，同时具有优异的拉伸性能(Σ550%应变)、可修性和粘接性能。此外，这种策略被证明普遍适用于各种聚合物，甚至可以用来制造连续的和导电的共析凝胶纤维，显示出其作为工程材料和可穿戴传感器的潜力。相关文章以“Strong and Tough Physical Eutectogels Regulated by the Spatiotemporal Expression of Non-Covalent Interactions”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202206305

图1. DESs-PVA共析胶的制造和性能展示。a） 溶剂置换法连续制备DESs-PVA共析胶过程的示意图。b） 透明DESs-PVA15共析胶的照片，可以扭曲和压接。c） 显示了DESs-PVA15（50毫米×5毫米×2毫米）的极高强度，可承受7公斤的哑铃而不会发生任何变形。

图2. DESs-PVA共析凝胶形成的机制研究。比较a）ATR-FTIR光谱，b）WAXS图案和c）SAXS图案。d） HC-PVA10 和 DESs-PVA 共构造胶的照片。HC-PVA10是不透明的，而DESs-PVA共析胶具有高度的透明度，随着PVA含量的增加而提高。e）不同PVA含量（10，15，20 wt.%）的HC-PVA10和DESs-PVA共构造胶的透射率光谱。f） HC-PVA10和DESs-PVA共析胶从溶胶到凝胶演化过程中的网络结构示意图，突出了不同的交联密度和晶体域。

图3. DESs-PVA共析胶的机械和耐高温性能。a） 拉伸应力-应变曲线和 b） DESs-PVA 和 HC-PVA10 共析凝胶的相应模量和韧性。c）将DESs-PVA与其他报道的共析凝胶和离子凝胶的应力和韧性进行比较。d） HC-PVA10 和 DESs-PVA 共构造胶的撕裂曲线。e） 裂纹扩展过程中DESs-PVA15共析凝胶内部应力分布的有限元模拟。f） 在25到−60℃的冷却过程中，使用纯水作为溶剂的DESs-PVA15共析凝胶与PVA15水凝胶的DSC曲线。h） DESs-PVA15在暴露于环境（20-25℃和30-40%湿度）12天之前和之后的拉伸应力-应变曲线。

图4. DESs-PVA共析胶的可修复性。a） 证明DESs-PVA15的易修复性的照片。b）原始、缺口和修复的DESs-PVA15的拉伸曲线。c） DESs-PVA共析胶可修复过程的示意图。

图5. DESs-PVA共析胶的粘附表征。a）DESs-PVA共构造胶粘附测试示意图。b）DESs-PVA15共析胶粘附在各种基材上的照片，可以轻松承受悬挂在亲水和疏水表面上的1.5公斤重量。c）搭接剪切曲线和d）DESs-PVA15共析凝胶粘附的不同基材的相应粘合强度。

图6. DESs-PVA共乳胶纤维的制备。a） 通过溶剂置换策略制备DESs-PVA共析胶纤维的示意图。b）在网球拍模型上编织的DESs-PVA20纤维及其承载能力的照片。c）DESs-PVA15纤维和DESs-PVA20纤维的拉伸应变 - 应力曲线。d） DESs-PVA15光纤传感器在 100% 应变范围内的电阻-应变曲线和相应的 GF 值 （R2 = 0.999）。e） 循环应变下的相对阻力变化为10%~90%，拉伸速率为20 mm min–1。监测三个连续移动的关节：f）手指，g）手腕和h）肘部。

总的来说，本文设计了一种简单通用的溶剂替代方法，用于调节聚合物之间非共价相互作用的时空表达，从而制造出具有均匀和鲁棒网络的强而坚韧的PVA共构造胶（DESs-PVA）。得到的DESs-PVA共析凝胶表现出优异的机械强度（20.2 MPa），韧性（62.7 MJ m-3）和撕裂能（42.4 kJ m–2），超过了目前报道的所有物理聚合物共乳胶。得益于DES的固有优势，共乳胶表现出广泛的耐温性和良好的导电性，可以取代耐温水凝胶和昂贵的离子凝胶作为替代柔性离子导体。此外，溶剂置换法诱导的原位凝胶化使得共析凝胶适用于高强度粘合剂和连续导电纤维的制造。本工作为制造机械稳健和功能集成的智能材料提供了一个有前途的战略，用于下一代具有高环境适应性的软电子设备和工程。（文：SSC）

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