一种由氢键介导的坚韧、抗冻和导电的纳米复合材料互穿有机水凝胶

导电水凝胶由于其良好的柔韧性和导电性而在可拉伸电子材料领域受到广泛关注。然而，水凝胶的强度差和耐冻性差，在恶劣条件下使用时会抑制其长期稳定性。设计一种坚韧、防冻和导电的凝胶仍然具有挑战性。

最近，北京工商大学科研团队在乙二醇 (EG)/H2O/氯化钾 (KCl) 中构建了纳米复合互穿有机水凝胶，其中包含两种交联剂：在乙烯基改性二氧化硅存在下通过丙烯酰胺 (AM) 交联形成的化学交联剂纳米颗粒（VSNPs），以及基于分子间氢键和在冻融循环过程中形成的聚乙烯醇微晶的物理交联剂。由于其双交联网络结构、抗冻乙二醇(EG)/H2O二元溶剂和导电KCl，纳米复合互穿有机水凝胶表现出优异的机械性能、低温耐受性和良好的导电性。拉伸试验表明，乙二醇的加入对提高纳米复合互穿有机水凝胶的拉伸强度有显着影响，从0.90 MPa增加到1.29 MPa。令人印象深刻的是，KCl 离子对电导率（从 1.45 × 10−3 到 1.53 × 10−2 S cm−1）和拉伸强度（从 1.29 到 1.85 MPa）都产生了显着影响，这可能是由地层造成的疏水结构域。这项工作为构建机械强度高、耐低温和导电的复合凝胶提供了一种可行的方法，该复合凝胶将在电子皮肤、传感器和智能设备中得到应用。

示意图 1 防冻、机械强度高且导电的纳米复合材料互穿水凝胶的制备。(A) 纳米复合材料互穿水凝胶的制备过程示意图。(B) 双交联网络结构。(C) 通过 EG 和水分子之间形成氢键的抗冻性。(D) 通过离子迁移的离子电导率。

相关论文以题为A tough, anti-freezing and conductive nanocomposite interpenetrated organohydrogel mediated by hydrogen bonding发表在《New Journal of Chemistry》上。通讯作者是北京工商大学张慧娟教授。

参考文献：

doi.org/10.1039/D1NJ01774H