返回

CNC与PEG交联制备可变机械性能的气凝胶

日期: 2020-03-27

       纤维素纳米晶体(CNC)是一种天然,可再生且丰富的纳米材料,具有棒状形态,高纵横比和化学活性。基于棒状纤维素纳米晶体(CNC)的气凝胶已用于各向异性材料、吸附剂和传感器中,但由于弹性较低,在实际应用中难以处理或是加工。

       黄进教授和甘霖副教授团队受海参的启发,当海藻素的胶原纤维的交联网络被stiparin抑制剂削弱时,海参从刚性转变为柔性,因此他们将CNC与柔性聚乙二醇(PEG)交联,制备出具有可变机械性能的气凝胶。结果表明,所获得的CNC / PEG气凝胶在干燥状态下具有0.80MPa的高模量,并且在潮湿状态下转变成弹性状态(模量为0.87kPa)。在干燥状态下当应变超过10%时,CNC / PEG气凝胶的形状变化无法恢复,而在潮湿状态下,形状变化是可逆的。有趣的是,干燥状态下的不可逆应变可进一步转变为湿态下的可逆,而湿气凝胶则可在冷冻干燥后转变回刚性。机理研究证明,这种恢复来自PEG和CNC之间溶剂化控制的H键网络的弱化。这项工作提供了刺激反应气凝胶的简单但有用的设计,可以有助于弹性化和形状恢复。



图1.(a)海参皮结构刚度/柔韧性过渡的示意图;(B)制备A-CNC-PEG的示意图;(c)通过水刺激进行弹性化


图2. (a)A-CNC-PEG 4k,(b)A-CNC-PEG 6k,(c)A-CNC-PEG 8k和(d)A-CNC-PEG 10k的气凝胶的SEM图像。


图3. A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k的气凝胶的压缩应力-应变曲线(a)处于干燥状态,(b)(c)处于干燥状态和水中的A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k的气凝胶压缩模量。A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k的气凝胶形状恢复百分比在不同的压缩应变下。(d)处于干燥状态,(e)在水中。


图4. (a)DMF,(b)乙醇,(a)DMF,(b)乙醇中的A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k 气凝胶的压缩应力-应变曲线。c)PE,以及(d)A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k 气凝胶在DMF,乙醇和PE 溶剂中的压缩模量。A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k的气凝胶形状恢复百分比 (e)溶解度参数和(f)极性不同(黑色代表PE,蓝色代表DMF,红色代表乙醇,棕色代表水)。A-CNC-PEG 4k,A-CNC-PEG 6k,A-CNC-PEG 8k和A-CNC-PEG 10k在不同压缩应变下的气凝胶形状 恢复百分比:(g)在PE中,(h)在乙醇中,以及(i)DMF。
 
       该研究解决了刚性生物质气凝胶在脆性和形状加工方面的问题,这显示出具有生物相容性的支撑材料和隔热材料的巨大潜力。
 
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b18569

       赛诺邦格专业提供多种聚乙二醇产品,有需求请联系

       Email:sales@sinopeg.com

       TEL:400-918-9898

       QQ:1901848004