高强度且耐疲劳的双网络水凝胶的结构设计与性能研究

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双网络水凝胶(DN凝胶)是研究较为广泛和深入的高强度水凝胶之一,然而普通DN凝胶由于化学交联的本质使其耐疲劳性能很差,严重制约着该类材料的应用范围。设计和制备兼有高强度和耐疲劳性能的DN凝胶是该领域的研究难点和热点之一。在第二重网络中引入强物理相互作用是一种提高DN凝胶耐疲劳性能的新策略。本文首先采用"一锅煮"法制备了以琼脂(Agar)为第一重网络,丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AAc)的共聚凝胶为第二重网络的DN凝胶(Agar/PAMAAc)DN凝胶),再经过在铁离子溶液中浸泡,成功制得高强度且耐疲劳的Agar/PAMAAc-Fe3+DN凝胶。研究发现,只引入5mol%AAc,经过Fe3+处理后,DN凝胶的拉伸强度达1.55 MPa、韧性达894 J/m2,综合性能明显优于Agar/PAMAAc DN凝胶和PAMAAc-Fe3+SN凝胶。室温下,Agar/PAMAAc-Fe3+DN凝胶还具有快速自恢复性能,1 min韧性的恢复率就可达50%。另外,该DN凝胶还表现出良好的耐疲劳性能。总之,Agar/PAMAAc-Fe3+DN凝胶兼有的高机械性能和耐疲劳性能,简单易行的制备方法,使其在受力软组织的替代和修复领域具有非常好潜在应用。
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