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北理工在自愈合高強度水凝膠方面取得重要研究進展


海藻酸鹽水凝膠是一種具有3D多孔網絡結構的軟材料,其在生物醫學、光、電、載體等許多領域有著廣泛的應用。但是,海藻酸鹽水凝膠大多力學強度較低,使用過程易發生機械損傷且損傷後性能大大降低,無法繼續滿足使用要求。因此,發展並制備具有自愈合性能且具有高強度的水凝膠多功能材料具有十分重要的意義。

近日,北京理工大学生命学院绿色生物制造课题组通过海藻酸盐的原位多层自组装技术,结合具有丰富羟基作用位点的聚丙烯酰胺,用简易方法构建出具有规整层结构的高强度自愈合水凝胶。系统的表征揭示了动态氢键作用对海藻酸钠(SA)在多孔聚丙烯酰胺(PAM)基质中自组装成层状结构的驱动机理。此外,氢键在增强水凝胶的自愈合作用方面也发挥着关键作用,水凝胶自愈合能力达99%。同时,这种有序层结构也使海藻酸盐基水凝胶的拉伸强度达到了266 kPa。上述工作为研发具有有序多层结构的高机械强度和自愈合性能水凝胶提供了新思路和方法,并有助于实现水凝胶功能的多样性。

图1 自愈合水凝胶制备过程及多层结构形成示意图

相关成果在线发表于高分子科学与工程技术领域顶级期刊 Carbohydrate Polymers (IF="7.18,即时IF=8.0),该论文第一作者为2018级硕士生赵丁伟,通讯作者为孙剑教授。


附作者簡介:

孙剑,博士,教授,博士生导师,绿色生物制造课题组组长,入选国家级青年人才项目、北京理工大学“特立”青年学者。2009年获得中国科学院研究生院工学博士学位,导师张锁江院士。现任中国化工学会离子液体专业委员会委员,中国膜工业协会医药生物用膜技术委员会委员,第二届中国纤维素行业协会技术委员会委员, Chinese J. Chem. Eng. 及 Green Chem. Eng. 青年编委等。主持多项国家级科学基金项目,参与973, 863,支撑计划等重大项目。长期从事离子液体绿色过程研究,在 Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci., Green Chem., ChemSusChem, Chem. Commun., ACS Sustainable Chem. Eng., Carbohyd. Polym., Biotechnol. Biofuels, I&ECR 等国际顶级或重要期刊发表 SCI论文50 余篇,获得授权中国发明专利21项、美国专利2项、日本专利1项,获省部级奖励2项。参与完成万吨级EG/DMC工业化示范项目1个。课题组主要研究方向是基于离子液体、纳米材料等功能介质的设计,发展可再生碳资源分离-利用-转化新过程、新技术;包括新型功能化离子液体设计、合成及离子微环境调控,生物基功能材料合成,仿生酶或负载酶构建及其应用,化学-生物过程耦合与强化,面向CO2、生物質等可再生碳資源的光、電、熱以及生物清潔催化轉化等。課題組歡迎具有相關研究或專業背景的同學以及科研人員加入。

論文詳情:

Dingwei Zhao, Mi Feng, Ling Zhang, Bin He, Xinyan Chen, Jian Sun*. Facile synthesis of self-healing and layered sodium alginate/polyacrylamide hydrogel promoted by dynamic hydrogen bond.  Carbohydrate Polymers , 2020, doi: 10.1016/j.carbpol.2020.117580。

論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861720317537


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