聚丙烯酰胺被廣泛用于構建功能性水凝膠。但是，這種水凝膠在水中的體積膨脹削弱了其機械性能并限制了其應用。在本文中， 澳門大學 Rui Liang/ 孫國星教授 團隊 報告了一種通過在高溫酸溶液中水解將溶脹而弱的聚丙烯酰胺 /羧甲基殼聚糖水凝膠轉變成強韌的水凝膠的策略。

所獲得的 水解水凝膠具有5.9 MPa，22 MJ/m 3 和7517 J/m 2 的高強度，韌性和撕裂斷裂能，分別是原始溶脹凝膠的254、535和186倍。另外，該凝膠顯示出低的殘余應變和快速的自我恢復能力。 此外，凝膠具有受溫度控制的良好的形狀記憶行為。此外，該凝膠可以用作應變傳感器，具有寬的應 變窗口，高靈敏度，出色的線性響應以及在將治療劑浸入正常鹽水溶液后監測人體運動時的耐用性。這項工作為制備用于軟致動器和柔性電子領域的可拉伸且堅韌的聚丙烯酰胺基水凝膠提供了一種新方法。相關論文以題為 Hydrolyzed Hydrogels with Super Stretchability, High Strength, and Fast Self-Recovery for Flexible Sensors 發表在《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》上。

圖 1.(a)不同水凝膠的外觀。(b)ESG和EHG的拉伸曲線。(c)可以承受600克物體的凝膠(EHG-4-70-30)的圖片。(d)冷凍干燥的ESG和EHG的SEM圖像。比例尺均為1厘米。

示意圖 1 .堅韌水解水凝膠的制備圖解

圖 2. 水解時間對EHG樣品的(a)外觀，(b)SR和(c)WC的影響。(d)具有不同水解時間的EHG樣品的拉伸曲線和(e)相應的力學性能，包括σ b ，E，ε b 和W b 。所得水凝膠的撕裂斷裂能(T)也顯示在(e)中。比例尺：1厘米。

圖 3. (a)具有不同水解時間的EHG樣品的FTIR光譜和(b)XRD光譜。水解溫度和HCl含量分別控制在70℃和30vol%。

圖 4. (a)斷裂應力和(b)撕裂斷裂能與斷裂應變的材料特性圖

圖 5. (a)堅韌的EHG-3-70-30的連續循環拉伸循環，以及(b)應變為100%至2000%的殘余應變和耗散能量。(c)EHG-3-70-30的10個連續的拉伸循環，應變為500%，沒有等待時間，并且(d)每個循環具有相應的耗散能量。(e)初始水凝膠樣品和其余樣品在500%應變下的2分鐘循環拉伸加載-卸載循環。(f)原始凝膠樣品和其余樣品的循環拉伸圈持續24 h，應變為2000%。

圖 6. (a)EHG-3-70-30的溫度掃描。昆蟲圖片分別是該凝膠在2和20°C下的外觀。(b)凝膠(EHG-3-70-30)在200克負荷下于水中在不同溫度下的變形。(c)圖片顯示受溫度控制的凝膠的形狀記憶行為。螺旋形可以用玻璃棒在2°C的水中盛裝;去除外力后，結構得以保持;浸入20°C水中后，水凝膠可恢復到其初始平面形狀。(d)成形為直角然后返回到原始狀態的條狀水凝膠的形狀固定率(Rf)和恢復率(Rr)。

圖 7. (a)原始凝膠(EHG-3-70-30)及其導電凝膠的電導率，將其浸入正常鹽水溶液中即可獲得。(b)原始凝膠和導電凝膠的拉伸應力-應變曲線。(c，d)分別為(c)原始凝膠和(d)導電凝膠的循環拉伸環。

圖 8. 在(a)小應變(0.25–2.0%)和(b)大應變(100–1000%)的循環負載下，凝膠傳感器的相對電阻變化。(c)凝膠傳感器在不同伸長率下的相對電阻變化。(d)在200%的50%應變的循環拉伸試驗下的相對電阻變化。

圖 9 .水解凝膠傳感器在監測人體運動中的應用：(a)嘴巴張開和閉合，(b)連續吞咽，(c)手指彎曲，(d)手腕彎曲，(e)肘部彎曲，和( f)腿彎曲。