Dual Physically Cross-Linked Hydrogels with High Stretchability, Toughness, and Good Self-Recoverability

自愈水凝胶 韧性 极限抗拉强度 聚合物 离子键合 延伸率 材料科学 高分子化学 复合材料 化学工程 化学 离子 工程类 有机化学
作者
Yang Hu,Zhengshan Du,Xiaolan Deng,Tao Wang,Zhuohong Yang,Wuyi Zhou,Chaoyang Wang
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:49 (15): 5660-5668 被引量:220
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.6b00584
摘要

The applications of hydrogels are severely limited by their weak mechanical properties. Despite recent significant progress in fabricating tough hydrogels, it is still a challenge to realize high stretchability, toughness, and recoverability at the same time in a hydrogel. Herein, we develop a novel class of dual physically cross-linked (DPC) hydrogels, which are triggered by clay nanosheets and iron ions (Fe3+) as cross-linkers. First, clay nanosheets induce the formation of the first cross-linking points through the interaction of hydrogen bonds with poly(acrylamide-co-acrylic acid) (PAm-co-Ac) chains. Then the secondary cross-linking points are introduced by ionic coordinates between Fe3+ and −COO– groups of PAm-co-Ac polymer chains. The mechanical properties of DPC hydrogels can be tuned readily by varying preparation parameters such as clay concentration, Fe3+ concentration, and molar ratio of Ac/Am. More importantly, the optimal DPC hydrogels possess high tensile strength (ca. 3.5 MPa), large elongation (ca. 21 times), remarkable toughness (ca. 49 MJ m–3), and good self-recoverability (ca. 65% toughness recovery within 4 h without any external stimuli). Thus, this work provides a promising strategy for the fabrication of novel tough hydrogel containing a dual physical cross-linked network.

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