EN
sve kategorije
EN

vijesti

& quot; AFM" : Visoka elastičnost, visoka tvrdoca, visoki modul, prozirni hidrogel ojačan nanofiberima

vrijeme:2021-06-07 hits:

Nanofibre mogu značajno poboljšati mehanička svojstva materijala i smatraju se idealnim materijalima za ukrućivanje za pripremu miješanih hidrogelova. kako god, slojevito taloženje ili neravnomjerna raspodjela neprozirnih nanovlakana u hidrogelnoj matrici dovest će do niskih mehaničkih svojstava i slabe prozirnosti miješanih hidrogelova. Priprema jakog, Rastezljiv i ujednačen hidrogeni sa ionskim provodnicima ojačani nano vlaknima bez ugrožavanja prozirnosti i dalje predstavljaju značajan izazov.


In Situ Synthesis of Mechanically Robust, "In Situ sinteza mehanički robusnog," Ding Bin i Zhang Shichao iz Tekstilne škole, Donghua University, U Naprednim funkcionalnim materijalima, Prozirno ojačano nanofiberima (SFRHS) Prijavljeni su hidrogelovi za visoko osjetljivo višestruko očitavanje s mehaničkom i elektroničkom stabilnošću.


Transparentan SFRHS hidrogel ojačan nano vlaknima pripremljen je kombiniranjem nanofibera silicija i vinilsilana u natrijum alginat (SA)/ poliakrilamid (PAM) hidrogel. PAM lanci su kovalentno povezani sa silicijskim nanovlaknima preko silana, formirajući jaku međufaznu hemijsku vezu. dodatno, sučelje između nanovlakana silicijevog dioksida i PAM lanaca pruža nekovalentne interakcije (kao što su vodonične veze) koji se mogu razbiti i rekombinovati tokom istezanja, rasipanje energije i homogenizacija mreže hidrogela.








Priprema SFRH





Visok omjer nano vlakana silicijevog dioksida i stabilna površina između nano vlakana i mreže hidrogela doprinose izvrsnim mehaničkim svojstvima SFRH. Istraživački tim je prvo pripremio hidrogen ojačan silicijskim nanofiberima bez silana, samo s fizičkom vezom na površini. Hidrogel je identificiran kao P-SFRHS. Kada se omjer silicijevih nanovlakana poveća od 50 u 400, mehanička čvrstoća nano vlakana se uvelike povećava (od 0.11 MPa do 0.24 MPa), što može biti povezano s povećanjem čvrstoće sučelja.


Da bi se poboljšala efikasnost međufaznog prenosa opterećenja, TMSPMA je uvedena između nano vlakana i hidrogel matrice, a hidrogel je zabilježen kao C-SFRHS. Mehanička čvrstoća C-SFRHS je 0,3MPa, soj je 1400%, a Youngov modul je 0,11MPa. Visok modul C-SFRHS je daleko bolji od postojećeg hidrogela na zatezanje sa sličnim visokim sadržajem vode.


Da bi se razumio mehanizam jačanja nanovlakana, efekti odnosa L / D i kovalentne veze na međufazna svojstva SFRH kvantificirani su upotrebom ukupne atomske molekularne dinamike (MD) simulacija. Dvije vrste silicijskih nano vlakana s različitim omjerima L / D, P-SFRH5 i P-SFRH10, i C-SFRH10 uz dodatno uvođenje TMSPMA, korišteni su kao tri modela. Rezultati pokazuju da se energija interakcije povećava od 1135 u 2241 kJ·mol-1 sa porastom odnosa L / D, što ukazuje da su fizičke interakcije, kao što su van der Waalsove snage, Kulonove snage, i vodonične veze između silicijevih nano vlakana i hidrogelne matrice, su ojačani. Nakon uvođenja stabilne kovalentne veze, sučelje kompozitnog hidrogela može se značajno povećati na 4000 kJ·mol-1. dodatno, trenjekJnterfejsa tri modela simulira se crtanjem, a trenje interfejsa tri modela izračunava se na osnovu gubitka kinetičke energije. Maksimalno trenje C-SFRH10 je 3.34 NN (P-SFRH5 i P-SFRH10 jesu 1.06 i 1.87 NN,NNespektivno). Ova velika sila trenja otežava klizanje između silicijskih nano vlakana i hidrogelne matrice, što je u skladu s najvišim modulom i snagom zabilježenim za C-SFRH.








Mehanička svojstva i mehanizam jačanja SFRHS






U poređenju sa malom histerezom P-SFRH, C-SFRH su pokazali veću histerezu u eksperimentima ciklusa utovara i istovara, dok je trajna deformacija nakon istovara bila gotovo zanemariva, što je naglasilo njegovu žilavost i superelastičnost. Posle 1000 ciklička vlačna ispitivanja, Youngov modul, maksimalni stres i koeficijent gubitka energije C-SFRHS nisu se značajno smanjili. U poređenju sa lomljivim konvencionalnim hidrogelovima, SFRH pokazuju snažnu tlačnu elastičnost i visok pritisak na pritisak (2.6 MPa pri 90% naprezanje). štaviše, mogu se više puta komprimirati pod tako velikim deformacijama bez strukturnog kolapsa. dodatno, utvrđeno je da s porastom sadržaja nano vlakana SiO2, impedancija se postepeno smanjivala, što ukazuje da je jonska provodljivost SFRH pokazala trend povećanja. Poboljšanje jonske provodljivosti pripisuje se dvama efektima: prvo, mali volumen neprovodljivih nano vlakana silicijevog dioksida u kompozitnom hidrogelu osigurava visoku pokretljivost jona u vodi. Drugo, nanovlakana silicijevog dioksida s visokim omjerom stranica i kiselom površinom (-OH grupa) privlače protuione i formiraju kontinuirani visokoprovodljivi kanal kroz hidrogel.








Superelastičnost i jonska provodljivost SFRHS





SFRHS ima visoku osjetljivost i stabilnost cirkulacije u širokom opsegu osjetljivosti i može se koristiti za praćenje ljudskog kretanja i pulsa. SFRH mogu efikasno nadgledati složene i male eksterne stimuluse, kao što je rukopis, itd, koja ima važne potencijalne primjene u prevenciji rukopisa i drugim poljima.








SFRHS senzorske performanse






Naslov teze: In Situ sinteza mehanički robusnog, Prozirni hidrogelovi ojačani nanovlaknima za visoko osjetljivo višestruko očitavanje


DOI: 10.1002 / adfm. 202103117




(izvor: Granice u polimernoj nauci)