受肌肉启发，可用于智能可穿戴应变传感器的自愈水凝胶-山东化工网

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受肌肉启发，可用于智能可穿戴应变传感器的自愈水凝胶

文章来源：贤集网更新时间：2022-08-02 14:22:17

在最近发表在《碳水化合物聚合物》杂志上的一篇文章中，通过受自然启发的策略开发了一种双网络自修复水凝胶。水凝胶基于柔性聚[丙烯酰胺-共-（丙烯酸）]（聚（AAm-co-AAc）），刚性氧化石墨烯功能化纳米纤维素（GO@NC ）网络相互集成，形成自愈水凝胶。

使用预拉伸方法形成模拟肌肉形状的各向异性结构。加入聚 (AAm-co-AAc) 柔性网络可减轻GO@NC网络的刚度，并将断裂伸长率从 86.2% 提高到 748%。与聚 (AAm-co-AAc) 相比，双网络水凝胶的平均断裂拉伸强度提高了 228.6%。

此外，双交联策略赋予GO@NC-poly (AAm-co-AAc) 自愈水凝胶稳定、快速、可重复的特性，自愈 600 秒后的自愈效率为 85%。制备的自修复水凝胶在断裂和自修复长达10个循环后也保持了约76.2%的初始强度。

开发的水凝胶具有出色的自愈能力，模仿了肌肉功能。因此，自修复水凝胶被应用于在智能可穿戴应变传感器中实现稳定、实时和长期的传感，测量因子为 5.13，并作为绿色可回收吸附剂净化苏丹 IV 废水。

受自然启发的自愈水凝胶

大自然启发了各种巧妙结构的发展，并为解决材料和工程技术的局限性铺平了道路，包括蜘蛛丝启发的集水材料和荷叶启发的自清洁表面。动物肌肉是一种强大而有弹性的生物材料，可以在损伤时进行自我修复，并可作为创造新颖、坚固的自愈水凝胶的参考。

自修复水凝胶通过动态共价交联自发再生。自愈水凝胶的想法受到大自然的启发，其中自愈材料的功能可以通过外部刺激诱导来维持。自我修复的水凝胶可以自我修复，即使在受到外力作用后也能延长使用寿命。

具有可注射性的自愈水凝胶可减轻疼痛，同时将伤口保持在自然状态并延长敷料材料的使用寿命。自我修复的水凝胶具有在受损后完全或部分自动修复的能力。

超分子化学中的双交联策略涉及将柔性网络引入刚性网络以降低机械刚度。这种双交联的柔性-刚性网络通过应力传递机制促进了有效的能量耗散，确保了水凝胶具有出色的机械柔韧性。此外，双交联策略解决了 NC 水凝胶的限制并降低了结构刚度。

双网络自愈水凝胶

在目前的工作中，构建了基于聚（AAm-co-AAc）和GO@NC的双交联水凝胶，并应用预拉伸处理以形成肌肉形状的各向异性结构。允许柔性聚（AAm-co-AAc）穿透GO@NC网络以生成GO@NC-poly （AAm-co-AAc）双网络自愈水凝胶。

这种渗透有助于减轻GO@NC的刚度，平均断裂伸长率从 GO@NC 的 86.2% 提高到GO@NC-poly (AAm-co-AAc) 自愈水凝胶的748% 。与聚 (AAm-co-AAc) 水凝胶相比，这种双网络自修复水凝胶的断裂拉伸强度提高了 228.6%。

此外，GO@NC-poly (AAm-co-AAc) 自愈水凝胶在自愈能力方面模仿了肌肉组织。开发的自我修复水凝胶应用于智能可穿戴应变传感器，以监测人体运动并从废水中去除苏丹 IV。

GO@NC-poly (AAm-co-AAc) 水凝胶的自愈特性是使用切成两半的椭圆水凝胶样品进行评估的。切片水凝胶的一半涂有二氧化钛（TiO 2）颜料。两半片在室温下保持接触而不引入任何外力600秒。因此，两半是自我修复的，即使在通过拉伸施加很大的压力后，也发现它们是不可分割的。

结论

总而言之，通过双交联技术开发了一种双网络自修复水凝胶。允许刚性GO@NC网络穿透柔性聚 (AAm-co-AAc) 网络，以解决GO@NC水凝胶柔韧性差、易碎性和低拉伸性的局限性。

双网络自愈水凝胶在快速和稳定的自愈能力方面模仿肌肉，实现了 748% 的断裂伸长率和 0.608 兆帕的平均断裂拉伸强度，恢复能力为 85%，随后自愈600 秒。尽管对肌肉启发的水凝胶进行了 10 次断裂-自愈循环，但拉伸强度仍保持在初始值的 76.2%。

当制备的水凝胶用作智能可穿戴应变传感器时，它们实现了对人体各个部位的实时、稳定和长期的运动传感。此外，作为一种绿色吸附剂，该水凝胶已从废水中去除 90.2% 的苏丹 IV，并具有出色的可回收性。

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