燕山大學(xué)焦體峰、秦志輝團(tuán)隊(duì) Macromolecules: 鹽析效應(yīng)與原位聚合協(xié)同構(gòu)筑高強(qiáng)韌環(huán)境耐受性導(dǎo)電聚合物有機(jī)水凝膠

2025-12-13 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：鹽析效應(yīng) 原位聚合高強(qiáng)韌環(huán)境耐受性導(dǎo)電聚合物有機(jī)水凝膠

導(dǎo)電聚合物水凝膠憑借柔軟、可拉伸且具導(dǎo)電性的特點(diǎn)，在柔性電子、人工皮膚、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)導(dǎo)電聚合物水凝膠普遍存在兩個(gè)關(guān)鍵短板：一方面，多數(shù)體系的拉伸強(qiáng)度和剛度偏低，難以在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下承載較大載荷；另一方面，高含水網(wǎng)絡(luò)在低溫下易結(jié)冰、在高溫及干燥環(huán)境中又容易失水開裂，力學(xué)與電學(xué)性能迅速衰減，環(huán)境耐受性嚴(yán)重不足。此外，傳統(tǒng)的導(dǎo)電聚合物（如聚吡咯、聚苯胺、PEDOT等）本身剛性大且疏水，在水相中溶解性差、往往需要在強(qiáng)酸環(huán)境下原位聚合，不僅不利于構(gòu)建致密穩(wěn)定的高分子網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)削弱材料的生物相容性與綜合力學(xué)性能。如何在溫和條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性、高導(dǎo)電性和寬溫區(qū)穩(wěn)定性，是導(dǎo)電聚合物水凝膠走向工程應(yīng)用的核心難題。

基于此，燕山大學(xué)焦體峰教授、秦志輝副教授團(tuán)隊(duì)，在DMSO/H₂O二元溶劑中利用Fe₂(SO₄)₃同時(shí)作為“鹽析”離子和氧化劑，對(duì)導(dǎo)電聚合物前驅(qū)體進(jìn)行處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚合物網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)和導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成，從而構(gòu)筑兼具高機(jī)械性能、良好導(dǎo)電性以及極端環(huán)境耐受性的導(dǎo)電聚合物有機(jī)水凝膠。

2025年12月9日，相關(guān)成果以“Highly Robust and Environment-Tolerant Conducting Polymer Organohydrogels through the Synergy of Salting-Out Effect and In Situ Polymerization”為題，發(fā)表在Macromolecules上。

該工作中，選擇對(duì)鹽析效應(yīng)和共溶劑效應(yīng)均高度敏感的聚乙烯醇（PVA）作為聚合物網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)，并采用吡咯（Py）單體合成貫穿網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電聚吡咯（PPy）。DMSO/H₂O二元溶劑同時(shí)也是Py單體氧化聚合的優(yōu)良反應(yīng)介質(zhì)。所得有機(jī)水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能：拉伸斷裂強(qiáng)度達(dá)到7.93 MPa，拉伸斷裂應(yīng)變?yōu)?/span>582.34%，彈性模量為3.32 MPa，韌性高達(dá)22.64 MJ·m^-3。同時(shí)，該材料的室溫電導(dǎo)率約為0.37 S·m?1，在?45～65 ℃的寬溫度范圍內(nèi)仍可保持優(yōu)異的力學(xué)與導(dǎo)電性能，并可在多種劇烈機(jī)械破壞工況下用作可穿戴應(yīng)變/壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和跌倒報(bào)警等功能應(yīng)用。

值得一提的是，該SOIP策略能夠成功拓展到明膠和聚丙烯酰胺–瓊脂等其他鹽析敏感聚合物體系，顯示了其在構(gòu)筑多種高強(qiáng)耐環(huán)境導(dǎo)電聚合物有機(jī)水凝膠方面的通用性，為面向復(fù)雜環(huán)境的柔性電子器件、可穿戴傳感和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域提供了一條兼具材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效途徑。