Integration of Macro-Cross-Linker and Metal Coordination: A Super Stretchable Hydrogel with High Toughness

自愈水凝胶 材料科学 韧性 丙烯酸 极限抗拉强度 化学工程 复合材料 聚合 聚合物 水溶液中的金属离子 高分子化学 金属 单体 冶金 工程类
作者
Rita Das Mahapatra,Kusuma Betha Cahaya Imani,Jinhwan Yoon
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (36): 40786-40793 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsami.0c11167
摘要

The development of multifunctional hydrogels with high strength and stretchability is one of the most important topics in soft-matter research owing to their potential applications in various fields. In this work, a dual physically cross-linked network was designed for the fabrication of ultrastretchable tough hydrogels. The hydrogels were prepared through in situ polymerization of acrylic acid and acrylamide in the presence of positively charged quaternary poly(ethylene imine) (Q-PEI) and micelle-forming Pluronic F127 diacrylate, thus introducing electrostatic interactions between the positively charged Q-PEI and negatively charged poly(acrylic acid-co-acrylamide). For further mechanical reinforcement, Ca2+ and Cu2+ ions were introduced into the hydrogel network to construct coordination bonds, significantly enhancing tensile strength as well as stretchability. The hydrogel prepared with Ca2+ ion coordination bonds was found to be stretchable to 108 times its original length and exhibited a maximum toughness of 177 MJ·m-3, representing one of the most robust systems with both extraordinary toughness and superstretchability prepared to date. The hydrogels also exhibited excellent recovery of dimensions and reproducibility in terms of mechanical properties, providing a promising ultrastretchable soft-matter system with outstanding mechanical strength.

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