四川荧光定量代测方法（川大冉蓉教授AFM离子诱导交联和盐析协同作用强韧导电水凝胶）
四川荧光定量代测方法（川大冉蓉教授AFM离子诱导交联和盐析协同作用强韧导电水凝胶）将离子引入水凝胶系统是提高离子电导率的一种简便方法。然而，现有的尝试忽略了充分利用添加的离子，特别是它们对凝胶网络的增韧作用。这项工作表明，离子诱导效应在增强原本较弱的双网络水凝胶方面起着至关重要的作用，同时优化了结构、机械性能和离子电导率。实现这种综合增强的关键是结合多价阳离子和亲和阴离子敏感网络，这使得交联和盐析能够协同增韧所得凝胶。结果，生产出强韧的导电水凝胶，有望用于各种需要极高耐用性的软电子产品。Alg/聚乙烯醇 (PVA) 凝胶的离子电导率及相关潜在应用。a) Alg/PVA 水凝胶在不同浓度的 ZnSO 4溶液中平衡的奈奎斯特图。b) Alg/PVA 水凝胶的计算离子电导率。c) 在这项工作中比较了最先进的导电水凝胶和 Alg/PVA 水凝胶之间的离子电导率和断裂应力。AETA：2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵；β-CD：β-环糊精；PNIPAAm：聚（N-异丙基丙烯酰胺
离子是最常见的添加剂之一，可以赋予绝缘水凝胶导电性。然而，离子的同时增韧作用常常被忽视。这项工作通过阳离子和阴离子的协同作用报告了水凝胶的极端增韧，而不需要特定的结构设计或添加其他增强材料。该策略是在特定盐溶液中平衡由多价阳离子和亲和阴离子敏感聚合物组成的物理双网络水凝胶，可同时诱导交联和盐析。这两种效果都被证明是积极的，可以提高原始弱凝胶的机械性能和导电性，并产生具有卓越物理性能的坚韧导电凝胶，显著提高断裂应力，断裂能和离子电导率分别高达 530 倍、1100 倍和 4.9 倍。最佳断裂应力和韧性达到约 15 MPa 和 39 kJ m–2，超过了已报道德最先进的坚韧导电水凝胶。同时，获得了1.5 S m-1的令人满意的离子电导率。还发现所提出的简单策略可推广到其他盐离子和聚合物，这有望将水凝胶的适用性扩展到涉及要求机械耐久性的条件。
图文简介
通过离子诱导的交联和盐析的协同作用增韧水凝胶。a) 分别受多价阳离子和亲液阴离子影响的相容聚合物的典型例子。Alg 链可以通过多价阳离子（灰点）进行物理交联，而 PVA 链之间的相互作用可以由于亲液阴离子（黄点）引起的盐析效应而增强。b) 通过将制备的弱 Alg/PVA 双网络水凝胶浸泡在特定的盐溶液中，同时诱导交联和盐析，将其转化为极其坚韧的水凝胶。阳离子和阴离子的各种组合可以协同工作。c) 对比水平衡和离子增韧 Alg/PVA 水凝胶的拉伸性能。d）水平衡和离子增韧水凝胶的断裂能。e）水平衡和离子增韧水凝胶的离子电导率。误差线代表标准偏差n ≥ 3 个样本。
在盐溶液中平衡时 Alg/PVA 水凝胶的尺寸、微观结构和含水量的变化。a) 照片和 b) Alg/PVA 水凝胶在制备和平衡（在水或 2 m ZnSO 4溶液中）状态下的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。照片中的背景网格尺寸和 SEM 图像中的比例尺分别代表 5 mm 和 2 µm。c) 所制备的 Alg/PVA-0 和 Alg/PVA-2 水凝胶的体积膨胀率和平均孔径。d) 所制备的 Alg/PVA-0 和 Alg/PVA-2 水凝胶的含水量。e) 说明制备的凝胶在水或盐溶液中的溶胀和去溶胀过程。误差棒代表n ≥ 3 个样本的标准偏差。
离子效应诱导的 Alg/PVA 水凝胶的机械增强。a）在不同浓度的盐溶液中平衡的 Alg/PVA 凝胶的单轴应力-应变曲线。b) 断裂应力、杨氏模量和凝胶在盐浓度下的延伸功的演变。插图展示了 Alg/PVA-2 凝胶令人满意的机械性能。c) 照片显示了 Alg/PVA-0 和 Alg/PVA-2 凝胶在 200% 应变下的对比抗裂性。比例尺代表 10 毫米。d) Alg/PVA 凝胶的断裂能与盐浓度的关系。e) 证明 Alg/PVA-2 水凝胶具有极高的抗裂性。比例尺代表 5 厘米。f) Alg/PVA-0凝胶的连续拉伸加载-卸载应力-应变曲线。插图表示所有样品的拉伸应变随测试时间的演变。g) Alg/PVA-2凝胶的连续拉伸加载-卸载应力-应变曲线。h) 所有凝胶在不同固定应变下的耗散能量。为了清楚起见，插图是准备好的样品和 Alg/PVA-0 样品的数据点的放大图。误差线代表标准偏差n ≥ 3 个样本。
离子诱导交联和盐析的表征。a) 所制备的 Alg/PVA-0 和 Alg/PVA-2 水凝胶的衰减全反射傅里叶变换红外 (ATR FTIR) 光谱。b) 将制备的水凝胶浸泡在 2 m ZnSO 4溶液中的 FTIR 光谱中羧基特征峰随时间的演变。c) 将制备的水凝胶浸泡在 2 m ZnSO 4中的 FTIR 光谱中羟基特征峰随时间的演变解决方案。d) Alg/PVA-0 凝胶的去卷积 O 1s 轨道的 X 射线光电子能谱 (XPS)。e) Alg/PVA-2 凝胶的去卷积 O 1s 轨道的 XPS 光谱。f) Alg/PVA-0 和 Alg/PVA-2 凝胶的 X 射线衍射 (XRD) 光谱。g) Alg/PVA 水凝胶中离子诱导的交联和盐析效应的说明。
离子诱导交联和盐析协同作用的重要性和普遍性。a) Alg/聚乙烯醇 (PVA) 水凝胶在含有不同阳离子和阴离子的 1 m盐溶液中平衡的样品大小、柔韧性和网络结构。所有凝胶的初始直径为 15 mm。背景网格大小为 5 mm。照片和扫描电子显微镜扫描电子显微镜 (SEM) 图像中的比例尺分别代表 5 mm 和 2 µm。b）水凝胶在具有不同阴离子和阴离子的盐溶液中平衡的拉伸应力-应变曲线。c) 阳离子和阴离子对Alg/PVA水凝胶能量耗散和自恢复能力的影响。d) 在不同盐溶液中平衡的 Alg/PVA 凝胶的样品大小和网络结构 (2m ) 和 PAAc/PVA 凝胶在 2 m ZnSO4溶液中平衡。背景网格大小为 5 mm。比例尺代表 2 µm。e) 在 2 m盐溶液中平衡的纯 Alg/PVA 和 PAAc/PVA 凝胶的拉伸应力-应变曲线。f) 在 2 m盐溶液中平衡的两种凝胶系统的拉伸强度和平均孔径的总结，与纯凝胶进行比较。误差棒代表n ≥ 3 个样本的标准偏差。
Alg/聚乙烯醇 (PVA) 凝胶的离子电导率及相关潜在应用。a) Alg/PVA 水凝胶在不同浓度的 ZnSO 4溶液中平衡的奈奎斯特图。b) Alg/PVA 水凝胶的计算离子电导率。c) 在这项工作中比较了最先进的导电水凝胶和 Alg/PVA 水凝胶之间的离子电导率和断裂应力。AETA：2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵；β-CD：β-环糊精；PNIPAAm：聚（N-异丙基丙烯酰胺）；PEG：聚乙二醇；Gly：甘油；PAMAA：聚（丙烯酰胺-共-丙烯酸）；HPC：羟丙基纤维素；HAPAAc：疏水缔合聚丙烯酸；PANI：聚苯胺。d) Zn//Zn 对称电池在 0.7 mA cm –2下的循环性能使用 Alg/PVA 水凝胶作为隔膜。e) 光学和 3D 激光图像显示了使用不同 Alg/PVA 水凝胶作为隔膜的锌金属阳极的表面形态。光学图像中的比例尺代表 200 µm。f) 展示缺口 Alg/PVA 凝胶传感器耐用性的照片。箭头表示传感器中裂纹的位置。比例尺代表 10 毫米。g) 缺口传感器在 200% 应变下的循环性能。插图表示 Alg/PVA 水凝胶的电阻随应变的变化。
结论将离子引入水凝胶系统是提高离子电导率的一种简便方法。然而，现有的尝试忽略了充分利用添加的离子，特别是它们对凝胶网络的增韧作用。这项工作表明，离子诱导效应在增强原本较弱的双网络水凝胶方面起着至关重要的作用，同时优化了结构、机械性能和离子电导率。实现这种综合增强的关键是结合多价阳离子和亲和阴离子敏感网络，这使得交联和盐析能够协同增韧所得凝胶。结果，生产出强韧的导电水凝胶，有望用于各种需要极高耐用性的软电子产品。
论文信息
论文题目：Strong Tough Conductive Hydrogels via the Synergy of Ion-Induced Cross-Linking and Salting-Out
通讯作者：冉蓉通讯单位：四川大学高分子学院小编有话说：本文仅作科研人员学术交流，不作任何商业活动。由于小编才疏学浅，不科学之处欢迎批评。如有其他问题请随时联系小编。欢迎关注，点赞，转发，欢迎互设白名单。投稿、荐稿：polyenergy@163.com
