北理工在自愈合高強(qiáng)度水凝膠方面取得重要研究進(jìn)展
海藻酸鹽水凝膠是一種具有3D多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟材料，其在生物醫(yī)學(xué)、光、電、載體等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是，海藻酸鹽水凝膠大多力學(xué)強(qiáng)度較低，使用過(guò)程易發(fā)生機(jī)械損傷且損傷后性能大大降低，無(wú)法繼續(xù)滿足使用要求。因此，發(fā)展并制備具有自愈合性能且具有高強(qiáng)度的水凝膠多功能材料具有十分重要的意義。
近日，北京理工大學(xué)生命學(xué)院綠色生物制造課題組通過(guò)海藻酸鹽的原位多層自組裝技術(shù)，結(jié)合具有豐富羥基作用位點(diǎn)的聚丙烯酰胺，用簡(jiǎn)易方法構(gòu)建出具有規(guī)整層結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度自愈合水凝膠。系統(tǒng)的表征揭示了動(dòng)態(tài)氫鍵作用對(duì)海藻酸鈉（SA）在多孔聚丙烯酰胺（PAM）基質(zhì)中自組裝成層狀結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)理。此外，氫鍵在增強(qiáng)水凝膠的自愈合作用方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，水凝膠自愈合能力達(dá)99％。同時(shí)，這種有序?qū)咏Y(jié)構(gòu)也使海藻酸鹽基水凝膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了266 kPa。上述工作為研發(fā)具有有序多層結(jié)構(gòu)的高機(jī)械強(qiáng)度和自愈合性能水凝膠提供了新思路和方法，并有助于實(shí)現(xiàn)水凝膠功能的多樣性。
圖1. 自愈合水凝膠制備過(guò)程及多層結(jié)構(gòu)形成示意圖
相關(guān)成果在線發(fā)表于高分子科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Carbohydrate Polymers (IF=7.18，即時(shí)IF=8.0)，該論文第一作者為2018級(jí)碩士生趙丁偉，通訊作者為孫劍教授。
附作者簡(jiǎn)介：
孫劍，博士，教授，博士生導(dǎo)師，綠色生物制造課題組組長(zhǎng)，入選國(guó)家級(jí)青年人才項(xiàng)目、北京理工大學(xué)“特立”青年學(xué)者。2009年獲得中國(guó)科學(xué)院研究生院工學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師張鎖江院士。現(xiàn)任中國(guó)化工學(xué)會(huì)離子液體專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)醫(yī)藥生物用膜技術(shù)委員會(huì)委員，第二屆中國(guó)纖維素行業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)委員會(huì)委員，Chinese J. Chem. Eng.及Green Chem. Eng.青年編委等。主持多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科學(xué)基金項(xiàng)目，參與973, 863，支撐計(jì)劃等重大項(xiàng)目。長(zhǎng)期從事離子液體綠色過(guò)程研究，在Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci., Green Chem., ChemSusChem, Chem. Commun., ACS Sustainable Chem. Eng., Carbohyd. Polym., Biotechnol. Biofuels, I&ECR等國(guó)際頂級(jí)或重要期刊發(fā)表 SCI論文50 余篇，獲得授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利21項(xiàng)、美國(guó)專利2項(xiàng)、日本專利1項(xiàng)，獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)。參與完成萬(wàn)噸級(jí)EG/DMC工業(yè)化示范項(xiàng)目1個(gè)。課題組主要研究方向是基于離子液體、納米材料等功能介質(zhì)的設(shè)計(jì)，發(fā)展可再生碳資源分離-利用-轉(zhuǎn)化新過(guò)程、新技術(shù)；包括新型功能化離子液體設(shè)計(jì)、合成及離子微環(huán)境調(diào)控，生物基功能材料合成，仿生酶或負(fù)載酶構(gòu)建及其應(yīng)用，化學(xué)-生物過(guò)程耦合與強(qiáng)化，面向CO2、生物質(zhì)等可再生碳資源的光、電、熱以及生物清潔催化轉(zhuǎn)化等。課題組歡迎具有相關(guān)研究或?qū)I(yè)背景的同學(xué)以及科研人員加入。
論文詳情：
Dingwei Zhao, Mi Feng, Ling Zhang, Bin He, Xinyan Chen, Jian Sun*. Facile synthesis of self-healing and layered sodium alginate/polyacrylamide hydrogel promoted by dynamic hydrogen bond. Carbohydrate Polymers, 2020, doi: 10.1016/j.carbpol.2020.117580。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861720317537
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