水凝膠

可拉伸材料（如彈性體、水凝膠、有機凝膠和離子凝膠）在組織修復(fù)、藥物輸送、機器人、離子電子、生物電子、合成生物學，以及可穿戴設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用。當這些材料承受負荷時，必須能抵抗裂紋的增長以防止材料失效，這種性能可以用單調(diào)載荷下的韌性Γ和循環(huán)載荷下的閾值Γth來衡量。下圖為材料的韌性-閾值表，圖中的對角線表示韌性和閾值相同的材料，例如陶瓷，它們很脆但耐疲勞。大多數(shù)材料，如塑料、金屬、彈性體、水凝膠，多少都有些韌性，因此都位于對角線下面，這些材料韌性好但易疲勞。因此這些韌性材料的閾值通常比韌性低一到兩…

快速pH響應(yīng)性水凝膠在驅(qū)動、傳感和分離等多領(lǐng)域中具有很高的實用價值。傳統(tǒng)pH響應(yīng)性水凝膠通常是具有較差的物理強度和韌性，而通過化學交聯(lián)法制備的水凝膠在pH響應(yīng)速率和可逆性方面表現(xiàn)不佳。近年來，研究人員將互穿網(wǎng)絡(luò)、拓撲結(jié)構(gòu)或多功能納米材料等引入pH水凝膠結(jié)構(gòu)，制備了多種具有良好pH響應(yīng)性及力學性能的水凝膠。但大多需要昂貴的原料或繁瑣的制備過程。至今，制備低成本、高性能的pH響應(yīng)性水凝膠仍是一大挑戰(zhàn)。實際上，木質(zhì)素作為自然界中最豐富的可再生芳香聚合物，不僅成本低廉而且在酸堿環(huán)境中會發(fā)生質(zhì)子化和離子化…

自然界中，光會被光驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成其他能力，如光合作用?？茖W家們受到自然光驅(qū)動系統(tǒng)的啟發(fā)，開發(fā)了許多可用于催化、功能、感應(yīng)、粘附、生物工程、藥物遞送以及軟機器人的光敏材料。與其他刺激相比，光更具有優(yōu)越性，包括即時打開或關(guān)閉信號，改變波長，無需與物質(zhì)直接接觸等。光敏性水凝膠作為生物材料備受關(guān)注。研究人員已將各種光活性成分（例如光可裂解基團，光熱劑和分子光開關(guān)）摻入到水凝膠基質(zhì)中，以調(diào)節(jié)其物理、化學和生物學特性。光開關(guān)分子，例如偶氮苯，二芳烴，苯乙烯，螺吡喃及其衍生物在光處理后可以選擇性地和可逆地重新…

類橡皮泥材料由于其可調(diào)的機械性能、獨特的粘彈性行為和可重復(fù)塑形的特性，在仿生機器人、能源存儲與轉(zhuǎn)換和智能傳感設(shè)備等新興領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用。在類橡皮泥材料的功能化過程中往往會添加額外的納米填料，比如金屬納米線、碳納米材料或者導電聚合物等。但是這些額外添加的納米填料在類橡皮泥材料中會發(fā)生非均相聚集和相分離現(xiàn)象，從而損害了材料的宏觀力學性能和穩(wěn)定性。 為了解決這一問題，哈爾濱工程大學海洋先進材料研究所的團隊通過對水凝膠進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合原位氧化聚合并利用動態(tài)配位鍵和氫鍵制備了一種具有較好的自修復(fù)特性、導…

動態(tài)生物材料是一類能夠進行構(gòu)象變化的可以模擬人造組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學轉(zhuǎn)變的材料，其能被利用制作成能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)并發(fā)生變化的模擬軟體機器人。當前最常見的形狀可變形材料是基于高分子聚合物材料交聯(lián)的，并且需要在硬和軟的硬度之間切換。這些材料通常依賴于兩個或多個網(wǎng)絡(luò)骨架，共享相同的三維（3D）空間，或?qū)π‰x子具有化學反應(yīng)。但是這一類材料的初始形狀恢復(fù)是需要從硬相到軟相的轉(zhuǎn)換，并且這種轉(zhuǎn)化需要通過損害次級網(wǎng)絡(luò)的完整性、通過改變溫度、酸堿度或溶劑類型或光調(diào)控催化聚合物網(wǎng)絡(luò)二次交聯(lián)來實現(xiàn)。 基于蛋白質(zhì)的水凝膠在…

結(jié)構(gòu)材料在人們的日常生活中扮演者不可或缺的作用，然而常見的金屬、陶瓷和聚合物基結(jié)構(gòu)材料都有明顯的優(yōu)勢和缺點。為了制備各方面性能都很優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，研究人員通常采取的方法是將這三種基本材料進行復(fù)合來制備復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。不過，很多的研究結(jié)果顯示復(fù)合材料的每一項性能(如強度、密度、韌性和熱尺寸穩(wěn)定性)很難超越其組成材料中的最高指標，所以多組分復(fù)合只能算是一種折中的方法。因此，開發(fā)一種各種性能均很優(yōu)異的廉價本體結(jié)構(gòu)材料仍是行業(yè)內(nèi)面臨的一大難題。 近日，中國科學技術(shù)大學俞書宏院士團隊開發(fā)了一種以細菌纖維素凝…

二氧化氮（NO2）等氣體污染已成為現(xiàn)今環(huán)境與健康領(lǐng)域亟待解決的問題，開發(fā)可準確、快速、高靈敏檢測低濃度氣體的氣體傳感器具有重要意義。還原氧化石墨烯（RGO）在制備高性能、低成本氣體傳感器方面具有潛力，但有三個問題限制了它的實際應(yīng)用：1）石墨烯氣體傳感器對多種氣體均有響應(yīng)，選擇性不佳；2）石墨烯片層容易產(chǎn)生堆疊、團聚，導致氣體分子在石墨烯表面的吸附位點減少；3）將GO還原為RGO時，常用的還原劑（如氫醌、肼等）具有一定的毒性，帶來環(huán)境污染和操作安全性的問題。 基于此，中山大學吳進副教授團隊利用簡便…

MXene是一類過渡族金屬碳化物或氮化物的層狀材料，層片間主要以范德華力連接，具有一系列優(yōu)異的物理化學性能，例如，MXene具有親水性良好、層間距可調(diào)和表面官能團多樣等特征。結(jié)構(gòu)方面，MXene由碳層和過渡金屬層交替組成，賦予MXene良好的導電性和贗電容特性；成分方面，相比單元素二維材料，MXene含有M與X雙元素多元素（MXene固溶體），且M-X之間多種類型的價鍵成分賦予MXene更加豐富的調(diào)控空間。合理利用MXene的結(jié)構(gòu)與成分特征，可制備性能優(yōu)異的電極材料。因此，自問世至今，MXene…

近年來，可穿戴柔性電子設(shè)備快速發(fā)展，在運動監(jiān)測、醫(yī)療康復(fù)和軟體機器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景?？衫鞂щ娝z以其優(yōu)異的柔韌性和靈敏的檢測性被認為是理想的柔性傳感器選擇之一。然而，目前報道的導電水凝膠傳感器存在著應(yīng)變檢測區(qū)間有限、靈敏度低、力學性能不足的問題，這些問題的存在嚴重影響了導電水凝膠傳感器的進一步發(fā)展。此外，傳統(tǒng)可穿戴柔性傳感器的檢測受限于檢測設(shè)備的束縛，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有望與可穿戴柔性傳感器結(jié)合進一步促進可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展。 近期，華東師范大學徐敏教授和潘麗坤教授團隊與日本物質(zhì)材料…

柔性超級電容器通常具有較高功率密度、快速充放電能力以及較長的循環(huán)使用壽命，在可穿戴器件、植入型設(shè)備的供能方面獲得了廣泛的關(guān)注。水凝膠電解質(zhì)以其獨特的柔性、良好的加工性能以及環(huán)境友好性，成為了構(gòu)建可承受變形以及耐物理破壞的柔性超級電容器的重要材料。然而，將小分子或無機電解質(zhì)直接引入到聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成的水凝膠電解質(zhì)，其機械強度、可加工性、自愈合能力、離子傳導率以及電化學穩(wěn)定性等均大打折扣。立足高分子組成、結(jié)構(gòu)和超分子驅(qū)動力設(shè)計，在水凝膠聚合物網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同引入動態(tài)共價鍵和較強分子間相互作用，同時嵌入可與…