水凝膠基柔性材料已廣泛應用于人工智能、可穿戴設備、軟物質(zhì)機器人、電子器件等領域，而如何保證其在沖擊作用下維持其結(jié)構(gòu)與性能的穩(wěn)定性是待解決的一大難題。貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)由文石晶體與有機基質(zhì)交錯排列而成，呈現(xiàn)出規(guī)整有序的”磚墻”式結(jié)構(gòu)，具備極高的強度和韌性。
陳詠梅課題組采用紫外引發(fā)自由基聚合的方法設計了一種新穎的基于珍珠層仿生結(jié)構(gòu)的高強度抗穿刺氯化鋰/聚乙烯醇/聚丙烯酸水凝膠（LiCl-PVA/PAA）。經(jīng)由紫外引發(fā)聚合的PVA/PAA水凝膠前驅(qū)體在濃鋰鹽的作用下形成仿珍珠層”磚墻”式結(jié)構(gòu)，其中PAA相當于“磚”承受抗壓強度，PVA形成沿著相界分布的薄層網(wǎng)絡起能量耗散的作用（相當于“砂漿”），使該基于珍珠層仿生結(jié)構(gòu)LiCl-PVA/PAA水凝膠獲得了極優(yōu)異的機械性能（圖1）。
該凝膠具有自修復功能，可以抵抗500?g的負載以及實現(xiàn)縫合操作。其拉伸強度達到11.3±2.1MPa，應變超過1300％，韌性為48.0±3.1 MJ / m3，斷裂能為54.9kJ / m2，抗壓強度超過700?MPa?(是目前最先進的雙網(wǎng)絡水凝膠的10倍以上)，此外，該凝膠薄膜可承受釘尖400?MPa的靜態(tài)穿刺，同時可承受最高時速為540公里/小時的飛行鋼球（動能是尖銳飛行物的8倍）的沖擊，并將鋼球彈回后恢復原態(tài)，展示出了極優(yōu)異的抗穿刺抗擊打能力（圖2）。
通過設計貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)的LiCl-PVA/PAA水凝膠同時具備高韌性和高強度，后續(xù)工作再利用水凝膠多樣化體系的電化學兼容性，使該凝膠材料成為可預見的抗穿刺電池、燃料電池以及電子產(chǎn)品的候選材料。本篇文章發(fā)表在ACS Appl.?Mater. Interfaces上，陜西科技大學特聘教授陳詠梅，西安交通大學宋曉平教授和美國內(nèi)布拉斯加大學譚力教授為共同通訊作者。
論文信息與鏈接
Zhao?XQ,?Wang?MX,?Chen?YM*,?Chen?ZG,?Suo?T,?Qian?W,?Hu?J,?Song?XP*,?Mei?WN,?Sabirianov?R,?Tan?L*.?ACS Appl.?Mater. Interfaces.?2019, 11:?19421-19428.?DOI: 10.1021/acsami.9b02328
