固體所在多功能液態金屬水凝膠方麵取得新進展

近期 ，中科院合肥物質院固體所高分子與複合材料研究部田興友和張獻研究員團隊聯合鄭州大學楊豔宇副教授等 ，利用镓銦合金（EGaIn）引發聚合 ，並作為柔性填料 ，構建了一種可用於人機交互和紅外偽裝的超拉伸 、自愈合的LM/PVA/P(AAm-co-SMA)雙網絡水凝膠 。相關結果以“Self-healing liquid metal hydrogel for human–computer interaction and infrared camouflage”為題發表在Materials Horizons (Mater. Horiz., 2023, DOI: 10.1039/d3mh00341h)上 。      水凝膠是一種具有三維網絡結構的軟材料 ，通過引入離子 、導電聚合物和導電填料 ，可獲得導電水凝膠 。但是 ，由於導電聚合物共軛結構的固有剛性 、導電填料與水凝膠基體的不相容性 ，以及鹽析效應 ，目前大多數導電水凝膠的機械性能較差 ，如韌性低 、抗拉強度低 、自恢複和自愈合性能不理想 ，大大限製了水凝膠的應用領域 。

镓銦合金（EGaIn）作為一種熔點接近或低於室溫的液態金屬（LM） ，可以通過超聲波分散製備成EGaIn微球 ，用作納米填料 。與其他剛性納米填料不同 ，它們可以適應聚合物基體的變形 ，從而有效地增韌聚合物 。此外 ，EGaIn中的镓（Ga）可以引發乙烯基單體發生自由基聚合 。Ga3+能夠與羧基 、羥基進行配位 ，形成動態犧牲鍵 ，用於耗散能量 。因此 ，镓基液態金屬具有改善聚合物基體機械性能的潛力 。      鑒於此 ，研究人員利用镓銦合金（EGaIn）引發聚合 ，同時作為柔性填料 ，構建了一種超拉伸和自愈合的LM/PVA/P(AAm-co-SMA)雙網絡水凝膠。剛性的PVA微晶網絡和韌性的P(AAm-co-SMA)疏水網絡的協同作用 ，以及聚合物網絡之間的離子配位和氫鍵（多重物理交聯） ，賦予了LM水凝膠優異的超拉伸性（2000%） 、韌性（3.00 MJ/m3） 、抗缺口性和自愈性（室溫24 h愈合效率大於99%） 。LM水凝膠表現出敏感的應變感應行為 ，可用於人機互動以實現運動識別和健康監測 。另外由於EGaIn具有良好的光熱效應和低紅外發射率 ，LM水凝膠在紅外偽裝方麵顯示出巨大的應用潛力 。      合肥物質院張獻研究員和鄭州大學楊豔宇副教授為文章的共同通訊作者 ，碩士生李宵飛為論文第一作者 。該研究工作得到國家自然科學基金、合肥物質院院長基金的支持 。 

論文鏈接 ：

圖1. 液態金屬水凝膠的機械性能表征 。

圖2. (a) 壓力傳感器的原理圖 ；(b, c) 在壓力傳感器上寫 "CAS "和 "USTC "時的電阻變化 ；(d) 人機交互係統的示意圖 ；(e) 戴著人機交互手套的誌願者打開他的手指 ，LED屏幕顯示數字 "5" ；(f) LM水凝膠製備的人機交互手套根據誌願者手指的彎曲情況顯示數字 。