AIE揭示机械强水凝胶亲水-疏水转化、热响应形态(3)
a) GN2D3(黑色)、GN3D3(蓝色)和GN6D3(红色)的温度相关剪切存储(实心符号,G')和损失(空心符号,G″)模量。b) GN2D3、GN3D3 和 GN6D3 在 20 和 60 °C 下的拉伸应力-应变曲线。c) GN2D3、GN3D3 和 GN6D3 在 20(黄色)和 60°C(绿色)下的拉伸模量 插图:微相分离模式参考实际情况。d) 在 20 和 60 °C 下减少应力与 1/λ 的关系图,对应于 (b) 中的应力-应变曲线。e) GN2D3、GN3D3 和 GN6D3 在 60 °C 下预开裂的拉伸应力-应变曲线。f) 预裂水凝胶断裂能的比较分析。在 60 °C 石蜡油浴中对预裂水凝胶进行拉伸试验时拍摄的照片,记录了 g) GN2D3、h) GN3D3 和 i) GN6D3 的裂纹扩展和多分支过程。
2.5 机理研究
基于上述研究,从微观亲水性-疏水性转变到细观形态变化再到宏观力学性能,团队提出了一种增韧机制,如图 6 所示。到目前为止,人们普遍认为 PNIPAM 的 LCST 行为是 与疏水主链和异丙基的“疏水相互作用”有关,但这是一种有限的观点。根据 TVPA 探针指示的微环境极性变化,PNIPAM 网络在热刺激下已完全从亲水性转变为疏水性(图 6a)。在单轴机械拉伸下,强化的相分离水凝胶在塌陷的 PNIPAM 域解开过程中逐渐打破非共价相互作用并耗散应变能(图 6b)。
图6 提出的热响应增韧和裂纹多分支的机制。a)PNIPAM网络在热诱导水合和脱水过程中分子亲水性和形态疏水性的可逆转变。b) 非共价相互作用的破坏,主要是氢键,在塌陷的 PNIPAM 网络解缠结过程中导致应变能耗散。c) 提出的预裂诱导的微相分离水凝胶的多分叉机制。
【总结】
该团队通过开发一种具有 AIE 和 TICT 特征的荧光指示剂,通过在水性介质中聚合可以很容易地集成到 PNIPAM 网络中,已经成功地实现了微相分离的中尺度水平的直接可视化,并且可以轻松区分凝胶中的疏水塌陷 PNIPAM 结构域。网络中亲水性大单体接枝物的存在防止了水凝胶的宏观塌陷,并有助于分层纤维结构的产生。微相分离可以在中尺度上很容易地被识别为具有不同互连模式的球形域,以一种简便、高对比度和非侵入性的方式。这些在荧光显微镜下的观察揭示了迄今为止从未观察到的致密和疏水的细观结构。
参考文献:
doi.org/10.1002/adma.
文章来源:《机械设计》 网址: http://www.jxsjzz.cn/zonghexinwen/2021/0807/649.html