南京林业大学在高性能木质素基水凝胶获进展

近日，南京林业大学轻工与食品学院金永灿教授团队在材料科学一区TOP期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子18.5）发表题为“Multi-Solvent-Induced Gradient Aggregation Rendered Superstrong, Tough, Stretchable, and Fatigue-Resistant Lignin-Based Supramolecular Hydrogels”的研究论文。南京林业大学为唯一完成单位，轻工与食品学院博士生谷一辉为论文的第一作者，金永灿教授和姜波副教授为共同通讯作者。该研究工作获得了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省自然科学基金等项目的资助。

传统水凝胶通常难以同时具有良好的刚性和韧性，极大地限制了其作为结构材料的应用。最近几年开发的双网络水凝胶通过牺牲键耗散能量以增强材料的韧性，但未能从根本上改善材料的综合强度性能。因此，深入研究水凝胶材料的增强机制，实现从分子到微米跨尺度设计超分子水凝胶结构，对开发兼具强度和韧性的先进水凝胶材料至关重要。本研究基于多尺度水凝胶层状结构原理，在微纳和分子水平调控水凝胶结构，提出了多溶剂高温退火策略，用于构建具有超强、超韧、可拉伸且抗疲劳特性的聚乙烯醇-木质素水超分子水凝胶。内部强氢结合和外部弱非共价结合形成梯度聚集态微观结构和致密的宏观结构，其中木质素起着界面分子桥接作用，通过共享连接点来协同耗散能量。研制的水凝胶展现出优异的强度性能，同时具有高模量（74.4 MPa）、高韧性（90 MJ m-3）、高撕裂强度（34000 J m2）、高拉伸强度（24.8 MPa）以及高抗压强度（60 MPa）等特性。此外，该木质素基超分子水凝胶还表现出卓越的抗疲劳性、生物相容性以及活性氧清除活性。

通过多溶剂高温退火策略构建的聚乙烯醇-木质素水凝胶，具有优越的结构、力学性能和生物性能，为生物医学替代材料（如天然肌腱和韧带）提供了一种极具潜力的选择，有望应用于生物医学、软机器人和柔性电子等工程领域。

来源:南京林业大学

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202417206