新加坡国立：伸长率1710%！​冷冻浇注辅助溶液置换制备强韧导电有机水凝胶！

高强度、韧性和导电性是柔性电子产品最受欢迎的特性之一。然而，现有的工程材料难以兼顾优异的机械性能和高导电性。为了应对这一挑战，近日，科研人员研究提出了一种简便而通用的策略，通过冷冻浇铸辅助溶液替代 (FASS) 制备超韧导电有机水凝胶。这种 FASS 策略能够一步形成有机水凝胶，其具有精致的分层各向异性结构，以及跨多个长度尺度的协同强化和增韧效应。作为示例性材料，所制备的溶剂含量高达 87 wt% 的聚乙烯醇 (PVA) 有机水凝胶表现出高强度 (6.5 MPa)、高拉伸性 (1710% 应变)、超高韧性 (58.9 MJ) 的组合m−3)，以及高达 6.5 S m−1 的高离子电导率和出色的应变灵敏度。机械性能和导电性的卓越组合使 PVA 有机水凝胶成为一种很有前途的柔性电子材料。此外，FASS策略还可以赋予水凝胶热修复性、抗冻性和形状恢复性等多种功能，可应用于羧甲基纤维素、海藻酸钠、壳聚糖等多种水凝胶材料。因此，这项工作为制备适用于多种应用的先进强韧导电软材料提供了一个全方位的解决方案。

图 1.A）PVA有机水凝胶（FC-EtFe）冷冻铸造辅助溶液替代（FASS）策略示意图。B）FC-EtFe沿A）水平和B）垂直方向的微观横截面的示意图和SEM图像。C）非常灵活，坚固和坚韧的有机水凝胶的光学图像，可以压缩，折叠，打结，并用于将20公斤的水桶装成一小块。

图 2.A）一次冻融水凝胶（FC-1T），B）五次重复冻融水凝胶（FC-5T），C）乙醇取代的有机水凝胶（FC-Et）和D）乙醇氯化铁溶液取代的有机水凝胶（FC-EtFe）的微观形态，包括i，ii）冷冻干燥水凝胶的SEM图像和iii）湿水凝胶的共聚焦图像。E）X射线衍射（XRD）图谱，F）差示扫描量热（DSC）曲线和G）计算水凝胶的结晶度值。

图 3.水凝胶的机械性能。

图 4.FC-EtFe有机水凝胶的多功能特性.

图 5.本研究中FC-EtFe PVA有机水凝胶与其他韧性导电（有机）水凝胶的比较图

总之：该文报告了一种用于分层结构的强韧导电有机水凝胶的冷冻浇铸辅助溶液替代 (FASS) 综合策略。FASS 策略同时赋予有机水凝胶优异的机械性能和多功能性。FC-EtFe 有机水凝胶在模量、强度、延展性、抗疲劳性，尤其是韧性方面表现出显着增强，是传统冻融 PVA 水凝胶的 423 倍以上。此外，有机水凝胶结合了多种功能，包括高应变敏感性、可调导电性、热修复性、冷冻耐受性和形状恢复性。这种超强和超韧的导电有机水凝胶作为柔性电子产品的关键工程材料具有广阔的前景，并且能够应对极端条件。此外，FASS 策略可以进一步应用于其他材料系统，从而为组织工程、储能和环境科学等领域的应用带来强大而坚韧的机械性能和可调的多功能性。

封面来源：图虫创意