项目名称: 自修复且耐疲劳的高强度双网络水凝胶

项目编号: No.21504022

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 陈强

作者单位: 河南理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 双网络水凝胶(DN凝胶)是一种特殊的互穿网络水凝胶,具有高的强度和韧性,但通常耐疲劳性能差,也没有自修复能力,限制了其在周期性和破坏性受力环境中的应用。基于第二重网络中的弱相互作用(即疏水-疏水相互作用、静电相互作用和氢键相互作用)的协同效应,本项目拟以刚而脆的琼脂物理凝胶为第一重网络、强而韧的疏水缔合凝胶为第二重网络制备新型全物理交联、高强度、耐疲劳和可自修复的f&h-DN凝胶,主要考察第二重网络的强度和韧性对DN凝胶机械性能的影响、弱相互作用的协同效应对凝胶的耐疲劳和自修复性能的影响,探讨f&h-DN凝胶增强增韧、耐疲劳和自修复的机理。通过本项目研究,将更加清晰认识第二重网络对DN凝胶性能的影响,加深对DN凝胶结构与性能关系以及增强增韧机理的认识和理解,为解决DN凝胶高强度与自修复能力相矛盾的难题,设计新型结构、高性能、智能化和多功能化的DN凝胶提供一定思路和方向。

中文关键词: 双网络水凝胶;高强度;耐疲劳;自修复;弱相互作用

英文摘要: Double network hydrogels (DN gels) are unique interpenetrated networks consisting of two kinds of polymer networks with strong asymmetric structures, which exhibit very excellent mechanical properties and high toughness. However, conventional DN gels often show negligible fatigue resistance and they are also without self-healing abilities, which are severe drawbacks as applied in the successive and devastating loading circumstances. In this proposal, based on the synergistic effect of three kind of weak interactions (electrostatic interactions, hydrophobic interactions and hydrogen bonding interactions) in second network, the f&h-DN gels with fully physical cross-linkings network structures, consisting of rigid & brittle agar gel as first network and strong & tough hydrophobically associated hydrogels as second network will be prepared by “one-pot” method, which demonstrate high strength, remarkable fatigue resistance, notable self-healing properties. We focus on the effect of strength and toughness of second network on the mechanical properties of f&h-DN gels, and the influence of synergistic effect of weak interactions on the fatigue resistance and self-healing properties of f&h-DN gels. We hope this proposal strives to provide a better fundamental understanding of the influence of second network on the properties of DN gels, as well as the structure-property relationship, strengthening and toughening mechanisms of DN gels, which help to develop new DN gels with novel structures, highly mechanical, intelligent and multi-functional properties. It is our belief that this proposal will also open a new avenue to dissolve the fact that the self-healing ability of DN gels is opposite its excellent mechanical strength.

英文关键词: Double Network Hydrogels;High Strength;Fatigue Resistance;Self-healing;Weak Interactions

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