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強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合丨武漢大學(xué)&中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，最新Nature！

來(lái)源：時(shí)間：2024-05-27 10:16:00 瀏覽：1102次

第一作者：Lei Zhang、Lu Chen

通訊作者：陳朝吉教授、劉鶴研究員

通訊單位：武漢大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院

DOI: 10.1038/s41467-024-47986-y.

研究背景

目前具有自供電能力的皮膚附著電子器件是獲得準(zhǔn)確可靠的生物/物理信息所必需的，且能可逆地附著在任意表面上并分離而不留下殘留物。因此，利用可逆黏附水凝膠制備自供電電子皮膚（e-skins）具有重要意義。在過(guò)去的幾年里，人們致力于實(shí)現(xiàn)水凝膠與各種軟硬材料的可逆粘附?？赡嬲掣娇梢酝ㄟ^(guò)由可逆化學(xué)鍵連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵、特定化學(xué)基團(tuán)的非共價(jià)鍵，以及通過(guò)外部刺激（pH、溫度等）進(jìn)行物理拓?fù)浼m纏。為進(jìn)一步縮短界面粘附時(shí)間，使塊狀水凝膠與粘附體之間有效的界面連接以傳遞力和耗散能量，需要設(shè)計(jì)一種快速、強(qiáng)的長(zhǎng)期粘附的動(dòng)態(tài)粘附策略，且能可逆的易脫離。基于此，武漢大學(xué)陳朝吉教授和中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院劉鶴研究員等人報(bào)道了一種獨(dú)創(chuàng)的纖維素納米纖維（CNF）介導(dǎo)的多重動(dòng)態(tài)協(xié)同策略，以構(gòu)建具有可逆強(qiáng)粘附和易光分離的超分子水凝膠（CNF-DA/PAA@Fe³⁺水凝膠）。

文章要點(diǎn)

1、CNF增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)和鐵離子與聚合物鏈之間的配位，賦予了超分子網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和水凝膠的粘附行為。超分子水凝膠的綜合力學(xué)性能和內(nèi)聚強(qiáng)度可以通過(guò)CNF網(wǎng)絡(luò)與水凝膠材料中的Fe³⁺之間的紫外光驅(qū)動(dòng)的光催化類(lèi)-Fenton（P.F.）反應(yīng)來(lái)輕松調(diào)節(jié)，而界面韌性和粘彈性可以方便地按需分離控制。該策略可以簡(jiǎn)單快速地制備出強(qiáng)且可逆的水凝膠，具有可調(diào)的韌性（(Value_max - Value_min)/Value_max高達(dá)86%），按需粘附能（(Value_max - Value_min)/Value_max高達(dá)93%），穩(wěn)定的電導(dǎo)率高達(dá)12 mS cm^-¹。

2、作者進(jìn)一步擴(kuò)展了該策略，從各種生物大分子和石油聚合物中制備不同的CNF/Fe³⁺基水凝膠，并為探索基本的動(dòng)態(tài)超分子網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)提供了線索。同時(shí)，作者制備了一種可粘附可拆卸的摩擦電納米發(fā)電機(jī)作為自供電無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)界面，可以實(shí)時(shí)獲取自供電監(jiān)測(cè)和無(wú)線全身運(yùn)動(dòng)信號(hào)，為電子皮膚和智能設(shè)備的多樣化潛在應(yīng)用開(kāi)辟了可能性。

圖文展示

圖1. CNF-DA/PAA@Fe³⁺動(dòng)態(tài)水凝膠設(shè)計(jì)

圖2. CNF-DA/PAA@Fe³⁺水凝膠的光可分離機(jī)理

圖3. CNF-DA/PAA@Fe³⁺水凝膠的力學(xué)性能

圖4. CNF-DA/PAA@Fe³⁺水凝膠的光可分離粘合性能

圖5. CNF介導(dǎo)的光可分離粘附策略的通用性

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