研究进展：氢键缔合介导韧性超分子水凝胶动力学和粘弹性

形成牢固的缔合相互作用一直是设计坚韧水凝胶的有效策略。然而，缔合相互作用在水凝胶动力学中的作用仍然难以捉摸。最近，浙江大学吴子良教授/郑强教授/杜淼副教授，华南理工大学孙桃林教授团队合作报告了一系列由自由基共聚容易合成的，具有适度水含量和优异机械性能的聚（丙烯酰胺-共-甲基丙烯酸）水凝胶。这些水凝胶的机械性能随丙烯酰胺（fam）的进料摩尔分数而变化。泡沫度为0.2-0.35的凝胶在水中显示出高韧性和良好的稳定性，这与基体中密集的氢键和较高的链段刚性有关。通过时间-温度叠加和弛豫测量扩展的动态模量谱表明，凝胶经历玻璃态至橡胶态的转变，且频率降低，并且坚固的氢键密度为缠结的1至3倍，可延缓链解缠并有助于低频时凝胶的平稳模量。坚固的氢键解离的活化能约为46kJmol-1。此外，含水量的减少导致动态模量谱向低频移动，并且由于减少的段弛豫而导致转变温度增加。为了进一步检测凝胶网络的结构，使用粘弹性模型分析了凝胶的拉伸行为。发现每个部分链都包含20–30个库恩（Kuhn）链段，在链内氢键断裂后会拉伸，以释放隐藏的长度，耗散能量，从而使凝胶增韧。这种对网络在不同时间尺度上的动力学以及缔合相互作用对机械性能的贡献的理解，对于其他坚韧水凝胶的设计应该是有益的。

文献链接：

Hydrogen-Bond Association-Mediated Dynamics and Viscoelastic Properties of Tough Supramolecular Hydrogels，Macromolecules，2021

原文链接：

https://www.toutiao.com/i6956408499664404995/