納米纖維可以顯著提高材料的力學(xué)性能(néng)，被(b購我èi)認為是制備混合水凝膠的理想剛性增強材料。但不透明納米纖維在水房黃凝膠基體中的層狀沉積或不均勻分布會(huì地和)導緻混合水凝膠的機械性能(néng)視都變低，透明度變差。在不影響透明性的前提下，制備拿件一種(zhǒng)堅韌、可拉伸、均勻的納米纖維增強離子導電水凝膠線吃仍然是一項巨大的挑戰。

東華大學(xué)紡織學(xué)院丁彬、張世超科白團隊在《Advanced fu算林nctional materials》上以“In Situ Sy離內nthesis of Mechanically友個 Robust, Transparent Nanofi鐵鄉ber-Reinforced 影問Hydrogels for Hig懂鐘hly Sensitive Multipl森笑e Sensing”為題，報道(dào)了一種(zh門高ǒng)具有機械和電子穩定性的透明納米纖維增強的SFRHs水凝膠。

研究團隊將(jiāng)二氧化矽納米民她纖維、乙烯基矽烷巧妙地整合入海藻酸鈉(SA)/聚丙烯酰胺煙東（PAM）水凝膠中，制備了一種(zhǒn吧公g)透明納米纖維增強的SFRHs水凝膠，其中PAM鍊通過(guò)吃謝矽烷共價連接到(dào)二氧化矽納米音風纖維上，形成(chéng)堅固的界面(miàn)化學(x就日ué)鍵。此外，二氧化矽納米纖維和PAM鍊之間的界面(miàn)提供了亮醫非共價的相互作用(例如氫鍵)，在拉伸過(guò)程中綠朋可能(néng)會(huì)斷裂和在子重組，耗散能(néng)量并使水凝膠下哥網絡均勻化。

SFRHs的制備

二氧化矽納米纖維的高長(cháng)徑比和納米纖維與水凝膠網絡之讀如間穩定的界面(miàn)結合，都(dōu)有助于SFRHs具有優異的力學(xu中了é)性能(néng)。研究團隊首先制備了不含矽烷的矽納米纖維匠月增強水凝膠，界面(miàn)上隻存在物理我少鍵合，將(jiāng)此水凝膠記為p-SFRH答化s。當矽納米纖維的長(cháng)徑比從50增加到(dào)400時(sh內動í)，其力學(xué)強度有較大提高(從0.11 MPa著機增加到(dào)0.24 MPa)，這(話會zhè)可能(néng)與界面(miàn)強度的提高有關。

為了提高界面(miàn)負載傳遞效率，在納米纖維和水凝膠基體之間引入T如雜MSPMA，將(jiāng)此水凝膠記為c-SFRHs。c-SFRHs的照光力學(xué)強度為0.3 MPa，應變為1400%, 楊氏模量為0.11 M煙也Pa，其高模量是遠遠優于現有的具有相似的高含水量的討紅可拉伸堅韌水凝膠。

為了深入了解納米纖維的增強機制，采用全原子分子動力學知工(xué)(MD)模拟方法，量化了L/內答d比和共價鍵對(duì)sfrh界面(m訊議iàn)性能(néng)的影響。兩(li時用ǎng)種(zhǒng)具有不同L/d比的矽納米纖維p-SFR生物H5、p-SFRH10，以及額外引入TMSPMA的c-S又妹FRH10被(bèi)作為三種(zh話愛ǒng)模型。結果發(fā)現随著(z新綠he)L/d比的增加，相互作用能(néng)從1135增加到(dào)資女2241 kJ·mol-1，表明物理相互作西信用增強，如範德華力、庫侖力，以及矽納米纖維和水凝膠基質熱新之間的氫鍵。引入穩定的共價鍵後(hòu)，複合水凝膠的界面(術民miàn)能(néng)顯著提高到(dào秒國)4000 kJ·mol-1。此外，對(duì)三種(zhǒng)模能風型的界面(miàn)摩擦進(jìn)行了拉拔模拟，以動能(néng笑花)損失為基礎，計算了三種(zhǒng)模型的界面(miàn)摩擦力山山。c-SFRH10的最大摩擦力為3.34 nN (p-SFRH5和劇志p-SFRH10分别為1.06和1.87 nN)。這(zhè)種(zhǒn訊子g)巨大的摩擦力使得矽納米纖維和水凝膠基體之間很難發(fā)生滑動，這(樹電zhè)與觀察到(dào)的c-SFRH視拍s表現出最高的模量和強度是一緻的。

SFRHs力學(xué)特性和強化機制

與p-SFRHs的小滞後(hòu)相比，c-SFRHs在加卸載循環實驗中表場紅現出更大的滞後(hòu)，而卸載後(hòu)的永久變形幾乎可以忽略不計，突出吃鐘了其韌性和超彈性。經(jīng紅我)過(guò)1000次循環拉伸試驗後(hòu)，c-SF光是RHs的楊氏模量、最大應力和能(néng笑朋)量損失系數均沒(méi)有顯著下降。與脆性的傳統水凝膠相比，SFRHs顯示出兒員強大的壓縮回彈性和高壓縮應力(90%應變時(shí)為2.6照民 MPa)。此外，它們可以在如此大的應變下被(bèi)反複醫了壓縮而不會(huì)發(fā)生結構坍塌。雪哥另外，實驗發(fā)現随著(z靜志he)二氧化矽納米纖維含量的增加，阻抗他樹逐漸降低，表明SFRHs的離子電導率呈不斷增加的趨勢。低工離子電導率的提高歸因于兩(liǎng)個效應：首先，關高非導電性二氧化矽納米纖維在複合水凝膠中占有較小的時資體積，确保了離子在水中的高遷移率。其次，具有高長農醫(cháng)徑比和酸性表面(miàn)(-OH基)的二氧化矽納米纖維工姐吸引反離子，在整個水凝膠中形成(chéng)一個連續的高導電通道(dào)的如。

SFRHs的超彈性和離子電導率

SFRHs在較寬的傳感範圍内具有較高的靈敏度和女數循環穩定性，可用于監測人體運動和脈搏跳動。SFRHs能(néng)夠有一會效監測複雜而微小的外界刺激，比如書寫字迹等等，這(zhè)在字迹防僞務鐘等領域有重要的潛在應用價值。

SFRHs的傳感性能(néng)

論文題目：In Situ Synthesis o農作f Mechanically Robust, Transparen司見t Nanofiber-Reinforced Hydr照討ogels for Highly Sens會腦itive Multiple Sensi家女ng

DOI: 10.1002/adfm.20210業友3117