【科研摘要】

  具有強濕粘附力的堅韌水凝膠已在各種應用中引起廣泛關注。然而，在水凝膠中實現優異的濕粘合性和耐凍干性仍是挑戰。最近，北京理工大學李歡軍副教授團隊在Al（OH）3納米粒子作為交聯劑的情況下，基于甘油-水二元溶劑系統，提出了堅韌的透明納米復合有機水凝膠。

  所得的有機水凝膠顯示出優異的拉伸強度（0.9 MPa），高透明度（97％），優異的抗干燥和抗凍性以及良好的離子傳導性。特別地，選擇聚丙烯酸（PAA）作為橋聯聚合物以賦予有機水凝膠強的濕粘合力。界面粘合能超過2200 J m-2，這歸因于離子配位和納米粒子與PAA鏈中羧基之間的氫鍵的協同作用。有趣的是，基于強大的濕附著力，透明有機水凝膠可以組裝成具有長期環境穩定性的液壓驅動軟可變焦點透鏡。這項工作將為控制水凝膠的濕粘附力提供新的見解，并且對于具有長期環境穩定性的基于水凝膠的功能性裝置具有巨大的潛力。相關論文以題為Tough Adhesion of Freezing- and Drying-Tolerant Transparent Nanocomposite Organohydrogels《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。

  【主圖導讀】

  圖1.（a）基于甘油-水二元溶劑，使用Al（OH）3納米粒子作為交聯劑的堅韌NC有機水凝膠（Al-NC-G凝膠）的示意圖。（b）具有不同甘油含量的Al-NC-G凝膠和Al-NC-W凝膠的重量隨時間變化。W0是初始重量，Wt是在不同時間（25°C，50％濕度）下的重量。（c）甘油含量對Al-NC-G凝膠的長期抗干燥和抗凍性能的影響（比例尺：2 cm）。（d）表示在-20℃下保存30天時Al-NC-G凝膠和Al-NC-W凝膠的不同柔韌性的照片。

  圖2.（a）具有不同甘油含量的AM90Al2G凝膠的拉伸應力-應變曲線。（b）具有不同Al（OH）3含量的AM90AlG1凝膠的拉伸應力-應變曲線。（c）初始和預處理的AM90Al2G1凝膠和初始AM90Al2W凝膠的拉伸應力-應變曲線。（d）展示AM90Al2G1凝膠在25或-20°C儲存30天之前和之后顯著拉伸變形的照片（比例尺：1 cm）。

  圖3.（a）使用AM90Al2G1凝膠作為導體進行拉伸前后（長度：3厘米，寬度：2厘米），LED燈泡亮度（工作電壓，4.5 V）的比較。（b）導電性對Al-NC-G凝膠中各種Al（OH）3含量的依賴性以及顯示LED燈泡亮度變化的相應照片。

  圖4.（a）Al（OH）3 NC有機水凝膠（Al-NC-G凝膠）的粘附原理示意圖。（b）根據T型剝離粘合力測試顯示強粘合力（PAA）和弱粘合力（PAAM）的照片。（c）各種橋聯聚合物對Al-NC-G凝膠粘附能的影響。（d）兩個Al-NC-G凝膠表面之間的濕粘附界面的SEM圖像。

  圖5.（a）溶劑成分（甘油：水）對粘附的Al-NC-G凝膠的粘附能的影響。（b）比較具有不同Al（OH）3含量的Al-NC-G凝膠的粘附能和斷裂功。（c）照片顯示了最初的AM90Al2G1凝膠和經處理的樣品在25或-20°C下存放30天后具有很強的粘合力。（d）比較Al-NC-G凝膠和Al-NC-W凝膠在25或-20°C下儲存30天前后的粘附能，其中X表示由于脫水或凍結而無法獲得的數據。

  圖6.（a）AM90Al2G1凝膠的透射率。（b）AM90Al2G1凝膠透鏡的制備示意圖。（c）顯示AM90Al2G1凝膠氣球的密封性能的照片。（d）AM90Al2G1凝膠透鏡中的液體含量對圖像狀態的影響。水凝膠透鏡與物體之間的距離固定為60mm，并且透鏡的內徑為30mm。（e）在不同條件下的AM90Al2G1凝膠透鏡的焦距與所填充液體含量的照片以及它們之間的關系。（I）首字母；（II）在25°C下保存30天；（III）在-20℃下保存30天。