EN
bütün kateqoriyalar
EN

xəbər

& quot; AFM" : Yüksək elastiklik, yüksək sərtlik, yüksək modul, şəffaf nanofiber gücləndirilmiş hidrojel

vaxt:2021-06-07 Oxunub:

Nan elyaflar materialların mexaniki xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır və qarışıq hidrojellərin hazırlanması üçün ideal sərtləşdirici material hesab olunur.. lakin, hidrogel matrisindəki qeyri-şəffaf nanofiberlərin laylı çökməsi və ya qeyri-bərabər paylanması qarışıq hidrojellərin aşağı mexaniki xüsusiyyətlərinə və zəif şəffaflığına səbəb olacaqdır. Güclü birinin hazırlanması, şəffaflığa xələl gətirmədən uzanan və vahid nanofiber-möhkəmləndirilmiş ionlu aparıcı hidrojel əhəmiyyətli bir problem olaraq qalır.


In Situ Synthesis of Mechanically Robust, "Mekanik Sağlam Situasiya Sintezində," Tekstil Məktəbindən Ding Bin və Zhang Shichao tərəfindən, Donghua Universiteti, Ətraflı funksional materiallarda, Şəffaf nanofiberlə gücləndirilmişdir (SFRHS) Mexanik və elektron dayanıqlı yüksək həssas birdən çox algılama üçün hidrojellər bildirildi.


Şəffaf nanofiber ilə gücləndirilmiş SFRHS hidrojeli silisium nanofiberləri və vinilsilanı sodyum alginata birləşdirərək hazırlanmışdır. (SA)/ poliakrilamid (PAM) hidrojel. PAM zəncirləri kovalent şəkildə silan vasitəsilə silisium nanofiberlərə birləşdirildi, güclü bir üzlərarası kimyəvi bağ meydana gətirir. Əlavə olaraq, silisium nanofiberlər və PAM zəncirləri arasındakı interfeys kovalent olmayan qarşılıqlı əlaqələr təmin edir (hidrogen bağları kimi) uzanan zaman qırılaraq yenidən birləşə bilər, enerjinin yayılması və hidrogel şəbəkəsinin homogenləşdirilməsi.








SFRH-lərin hazırlanması





Silisium nan elyaflarının yüksək nisbət nisbəti və nan elyafları ilə hidrojel şəbəkəsi arasındakı sabit interfeys SFRH-lərin mükəmməl mexaniki xüsusiyyətlərinə kömək edir.. Tədqiqat qrupu əvvəlcə interfeysdə yalnız fiziki birləşmə ilə silansız silikon nanofiber gücləndirilmiş hidrojel hazırladı.. Hidrojelin P-SFRHS olduğu təsbit edildi. Silikon nanofiberlərin nisbət nisbəti artdıqda 50 qədər 400, nan elyafların mexaniki gücü çox artır (dan 0.11 MPa qədər 0.24 MPa), interfeys gücünün artması ilə əlaqəli ola bilər.


Aralıq yük ötürmə səmərəliliyinin artırılması üçün, TMSPMA nan elyafları və hidrogel matrisi arasında tətbiq olundu, və hidrogel C-SFRHS olaraq qeyd edildi. C-SFRHS-in mexaniki gücü 0.3MPa-dır, gərginlikdir 1400%, və Gəncin modulu 0,11MPa. C-SFRHS-in yüksək modulu, oxşar yüksək su tərkibinə malik olan davamlı dayanıqlılıq hidrogellərindən daha yaxşıdır..


Nano liflərin gücləndirmə mexanizmini anlamaq üçün, L / D nisbətinin və kovalent bağın SFRH-nin aralıq xüsusiyyətlərinə təsiri ümumi atom molekulyar dinamikasından istifadə edilərək kəmiyyət göstərilmişdir (Tibb elmləri doktoru) simulyasiya. Fərqli L / D nisbətlərinə sahib iki növ silikon nanofiber, P-SFRH5 və P-SFRH10, və əlavə TMSPMA tətbiqi ilə C-SFRH10, üç model olaraq istifadə edilmişdir. Nəticələr göstərir ki, qarşılıqlı enerji 1135 qədər 2241 kJ·mol-1, L / D nisbətinin artması ilə, bu fiziki qarşılıqlı əlaqələrin olduğunu göstərir, van der Waals qüvvələri kimi, Coulomb qüvvələri, və silikon nan elyafları ilə hidrogel matrisi arasındakı hidrogen bağları, gücləndirilir. Sabit kovalent bağ tətbiq edildikdən sonra, kompozit hidrojelin interfeysi əhəmiyyətli dərkJədə artırıla bilər 4000 kJ·mol-1. Əlavə olaraq, üç modelin interfeys sürtünmə çəkilərək simulyasiya olunur, və üç modelin interfeys sürtünməsi kinetik enerjinin itkisinə əsasən hesablanır. C-SFRH10-un maksimum sürtünmə sürətidir 3.34 NN (P-SFRH5 və P-SFRH10 bunlardır 1.06 vNN1.87 NN, müvafiq olaraq). Bu böyük sürtünmə qüvvəsi, silikon nan elyafları ilə hidrogel matrisi arasında sürüşməyi çətinləşdirir, bu, C-SFRHs üçün müşahidə olunan ən yüksək modul və gücə uyğun gəlir.








SFRHS-in mexaniki xüsusiyyətləri və gücləndirmə mexanizmi






P-SFRH-lərin kiçik histerizisi ilə müqayisədə, C-SFRHs yükləmə və boşaltma dövrü təcrübələrində daha böyük bir histerez göstərdi, boşaltmadan sonra qalıcı deformasiya demək olar ki, əhəmiyyətsiz idi, onun sərtliyini və elastikliyini vurğuladı. Sonrakı 1000 dövri gərginlik testləri, Gənc modulu, C-SFRHS-in maksimum stres və enerji itkisi əmsalı əhəmiyyətli dərəcədə azalmadı. Kövrək şərti hidrojellərlə müqayisədə, SFRH-lər güclü sıxılma dayanıqlığı və yüksək sıxılma stresi göstərir (2.6 MPa at 90% gərginlik). üstəlik, bunlar struktur çöküşü olmadan belə böyük suşlar altında dəfələrlə sıxıla bilər. Əlavə olaraq, SiO2 nanofiberlərin tərkibinin artması ilə birlikdə tapıldı, empedans tədricən azaldı, SFRH-lərin ion keçiriciliyinin artma tendensiyası göstərdiyini göstərir. İon keçiriciliyinin yaxşılaşdırılması iki təsirə aid edilir: əvvəlcə, kompozit hidrojeldəki az miqdarda keçirici olmayan silisium nanofiberlərin suda ionların yüksək hərəkətliliyini təmin edir. İkincisi, yüksək nisbət nisbəti və asidli səthə malik silisium nanofiberlər (-OH qrupu) qarşılıqları cəlb etmək və hidrojel boyunca davamlı yüksək ötürücü bir kanal yaratmaq.








SFRHS-nin elastikliyi və ion keçiriciliyi





SFRHS geniş bir algılama aralığında yüksək həssaslığa və qan dövranının sabitliyinə malikdir və insan hərəkətini və nəbzini izləmək üçün istifadə edilə bilər. SFRHs kompleks və kiçik xarici stimulları effektiv şəkildə izləyə bilər, əl yazısı kimi, və s., əl yazısının qarşısının alınması və digər sahələrdə əhəmiyyətli potensial tətbiqetmələrə sahibdir.








SFRHS algılama performansı






Tezin adı: Mekanik Sağlam Situasiya Sintezində, Yüksək Həssas Çoxsaylı Algılama üçün Şəffaf Nanofiber-Gücləndirilmiş Hidrojellər


DOI: 10.1002 / adfm. 202103117




(mənbə: Polimer Elmində Sərhədlər)