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南林陳楚楚課題組 CEJ：高強韌、自修復(fù)、可回收與環(huán)境穩(wěn)定的木基低共熔凝膠綠色合成方法
2025-01-08  來源：高分子科技

  低共熔凝膠作為新興的軟材料，在智能傳感和柔性電子領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。不同于容易失水，機械性能弱，環(huán)境穩(wěn)定性差的水凝膠，低共熔凝膠的工作溫度范圍更廣，具有環(huán)境穩(wěn)定性。且低共熔溶劑（DES）作為一種新型綠色溶劑，與高成本和含有有毒成分的離子液體相比表現(xiàn)出較好的生物相容性，同時兼具離子導(dǎo)電性。然而，用綠色的合成方法制備兼具高力學(xué)強度以及多功能一體的低共熔凝膠仍是一項挑戰(zhàn)。


  近期，南京林業(yè)大學(xué)陳楚楚課題組提出了一種通過太陽光誘發(fā)聚合的綠色制備方法，在不使用任何化學(xué)引發(fā)劑和交聯(lián)劑的情況下，開發(fā)出三種具有不同特性的木基低共熔凝膠；且表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能（抗拉強度：52.8 MPa）和環(huán)境穩(wěn)定性（在-80℃~200℃下化學(xué)穩(wěn)定），超過了目前報道的大多數(shù)木基凝膠材料，并同時具備自修復(fù)、自粘附、可回收、隔熱和導(dǎo)電等性能優(yōu)勢，有望應(yīng)用于可穿戴傳感、可回收材料和智能家居建筑等領(lǐng)域。


圖1 木基低共熔凝膠的制備流程與應(yīng)用示意圖


力學(xué)性能


  基于天然木材的各向異性結(jié)構(gòu)，木基低共熔凝膠在沿纖維軸向（L方向）顯現(xiàn)出更高的抗拉強度。其中，制備所得WAAM具有優(yōu)異的抗拉強度，高達52.8 MPa，超過了大多數(shù)報道的木基凝膠，同時也表現(xiàn)出較高的韌性（9.38 MJ m-3）。


圖2 木基低共熔凝膠的力學(xué)性能


環(huán)境穩(wěn)定性


  環(huán)境不穩(wěn)定性是凝膠材料在應(yīng)用過程中面臨的最大挑戰(zhàn)之一。木基低共熔凝膠展示出了良好的環(huán)境穩(wěn)定性（在-80℃~200℃下化學(xué)穩(wěn)定），耐老化性能，并在不同溫度下仍有具有穩(wěn)定的離子傳遞和電化學(xué)穩(wěn)定性。


圖3 木基低共熔凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性


WAAM作為智能住宅建材


  木基材料以其良好的承重性能和環(huán)境友好性，在家具和家居裝飾中得到了廣泛的應(yīng)用。本研究開發(fā)的WAAM具有優(yōu)異的機械性能、環(huán)境穩(wěn)定性、隔熱性能、阻燃性能和自愈功能，可用于智能家居領(lǐng)域。


圖4 WAAM作為智能住宅建材


WAA的黏附性能


  TA@WS和ChCl上羥基之間的氫鍵形成的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)使WAA具有黏附附性。WAA對不同底物（織物、紙張、橡膠和木材等）均展現(xiàn)出高黏附強度（0.42-1.42 MPa）。WAA的粘附性能和固有的導(dǎo)電性能使其成為柔性傳感器檢測人體運動的理想軟基材料，確保穩(wěn)定的離子電子傳輸和準確的傳感性能。


圖5 WAA的黏附性能


WAM的可回收性能


  WAM具有良好的抗沖擊性和承載能力，且可回收并轉(zhuǎn)化成PAM水凝膠和纖維素紙張。與普通合成材料在循環(huán)利用中不斷劣化不同，回收得到的纖維素再生紙在重復(fù)利用過程中力學(xué)性能不斷提高。


圖6 WAM的可回收性能


  該工作以題為“Green synthesis of multifunctional wood-based eutectogels via initiator-free solar polymerization”的論文發(fā)表在期刊《Chemical Engineering Journal》。論文通訊作者為南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳楚楚副教授，該研究受到國家自然科學(xué)基金等項目的資助。


  原文鏈接：

  M. You, J. Zhou, Y. Zao, J. Xu, Y. Jin, D. Li, Z. Xu, C. Chen, Green synthesis of multifunctional wood-based eutectogels via initiator-free solar polymerization, Chem. Eng. J., 504 (2025) 158902. 

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158902

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