学院新闻内近日，材料与化学工程学院硕士研究生王开放和王海以共同第一作者在英国皇家化学会化学材料领域高水平学术期刊《Materials Horizons》（影响因子：13.266）上发表了研究论文“Super-Stretchable and Extreme Temperature-Tolerant Supramolecular-Polymer Double-Network Eutectogels with Ultrafast in situ Adhesion and Flexible Electrochromic Behaviour”（《超快速原位粘附和超低温耐受的小分子基超分子-聚合物双网络低共熔凝胶》），文章链接https://doi.org/10.1039/D1MH00725D。
人工智能、可植入和可穿戴电子领域对先进电子设备快速增长的需求，刺激了具有各种集成功能（如透明、自愈合、自粘附和高导电性）、强韧和高拉伸纳米结构化凝胶的开发，尽管相关领域科学家已经付出了巨大努力来开发具有这些理想物理化学特性的合成水凝胶，但先前的工作通常仅限于聚合物体系，而且一个重要困境是如何利用低分子量超分子凝胶网络作为高度动态的系统来实现集成的物理、化学和机械性能。受聚合物DN水凝胶设计策略的启发，通过在超分子凝胶网络中引入次级聚合物网络制造坚韧的水凝胶有望解决上述问题。然而，大多数基于低分子量的超分子-聚合物杂化水凝胶均未能表现出高机械强度和韧性，这可能是由于超分子网络和聚合物网络之间缺乏有效的构效平衡。因此，将超分子体系的动态行为与共价聚合物网络的稳健性相结合，引入新的溶剂体系，合理设计基于小分子凝胶剂的强韧DN低共熔凝胶是一个值得深入探索的热点课题。
图1 该成果的设计研究思路
本研究通过将非共价自组装的超分子网络引入到共价交联的聚合物网络中，成功开发了一种新的基于小分子的超分子-聚合物双网络（SP-DN）低共熔凝胶平台。这种新的凝胶材料体系表现出优异性能：高拉伸性和韧性（> 18000%平面应变）、高自愈能力、超快速（~5秒）原位水下和低温（–80 °C）粘附性、优异的耐沸水、强碱、强酸（甚至王水）性能、耐超低温（–196 °C液氮）和高温（200 °C）性能，而且可用于水下文物的原址修复及宽温域柔性准固态电解质。该工作为制造具有高环境适应性的下一代软电子设备的机械坚固和功能集成的智能材料提供了一种有前途的设计策略。
图2 SP-DN低共熔凝胶的粘附性及模拟水下原址修复青花瓷的应用
图3 SP-DN低共熔凝胶作为准固态电解质在柔性电致变色器件中的应用
相关研究得到了国家自然科学基金委（22072138；21802033；U1904215）和河南省高校科技创新团队（20IRTSTHN003）的支持和资助。