Preparação e estudo do desempenho de hidrogéis porosos baseado no efeito de salinização

Peng Wang ,  

Xue-zhen Feng ,  

Xian Cheng ,  

Jing Wang ,  

Hai-bo Zhang ,  

Yu-xiang Chen ,  

摘要

Hidrogéis porosos possuem vantagens como porosidade ajustável, alta área superficial específica, baixa densidade e deformabilidade, e são amplamente aplicados nos campos biomédicos e de sensores flexíveis. No entanto, apresentam problema de desempenho mecânico insuficiente. Para enfrentar esse desafio, este estudo propõe uma estratégia baseada no efeito de salinização e na sinergia de múltiplas reticulações para preparar hidrogéis porosos de alta resistência e alta tenacidade. Utilizando uma reação redox in situ entre o metal líquido à base de gálio (LM) e o meio aquoso que gera hidrogênio, formou-se rapidamente uma estrutura porosa por espuma, combinada com associações hidrofóbicas induzidas pelo efeito de salinização. Sob múltiplas ligações físico-químicas, como ligações dinâmicas de éster bórico, coordenação de íons metálicos e ligações de hidrogênio, preparou-se um hidrogel poroso LMCNF que possui alta resistência, alta tenacidade e alta condutividade elétrica. Os resultados experimentais mostraram que, sob condições ótimas de preparação com adição de LM de 7,5% em peso, teor de álcool polivinílico (PVA) de 16% em peso e concentração de solução de citrato de sódio de 20% em peso, a resistência à tração do hidrogel poroso LMCNF atingiu 1009,47 kPa, tenacidade de 1520,6 kJ/m3, alongamento na ruptura de 266,06% e condutividade elétrica de 8,39 mS/cm. Além disso, este hidrogel apresentou resposta resistiva sensível, estável e reversível durante a compressão, com alto fator de sensibilidade (GF máximo de até 1,68) e ampla faixa de trabalho. Também exibiu excelente estabilidade cíclica à compressão e resistência à fadiga, sendo capaz de recuperar sua forma inicial após 100 ciclos a 70% de deformação por compressão, demonstrando potencial aplicação em dispositivos eletrônicos flexíveis, sensores inteligentes e monitoramento de saúde.

关键词

metal líquido;alta resistência;hidrogel poroso;salinização;condutividade

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