清華大學(xué)李曉雁Materials Today：芳綸納米纖維增強(qiáng)可3D打印水凝膠復(fù)合材料

來(lái)源：材料人

利用3D打印制備出水凝膠表現(xiàn)出較高的拉伸特性，但強(qiáng)度和模量低、抗疲勞性差，從而限制了其在人造組織中的應(yīng)用。清華大學(xué)航天航空學(xué)院李曉雁教授課題向可3D打印水凝膠前驅(qū)體溶液加入芳綸納米纖維（ANFs），然后對(duì)該溶液施加紫外線照射，進(jìn)而獲得了ANFs增強(qiáng)的3D打印水凝膠復(fù)合材料。與純水凝膠相比，0.3wt%ANF水凝膠復(fù)合材料的強(qiáng)度、斷裂能和疲勞閾值同時(shí)提高了約10倍，模量提高了約30倍，斷裂伸長(zhǎng)率沒(méi)有顯著降低。水凝膠復(fù)合材料的模量、強(qiáng)度和疲勞閾值的提高是是由于自由基聚合過(guò)程中形成了芳綸納米纖維和水凝膠鏈的混合網(wǎng)絡(luò)，而斷裂能的提高則主要與長(zhǎng)鏈纏結(jié)和大量氫鍵的能量耗散機(jī)制有關(guān)。由于具有高的3D打印分辨率和良好的生物相容性，這些ANF水凝膠復(fù)合材料在生物體內(nèi)的柔性電子器件中具有潛在的應(yīng)用前景。該項(xiàng)研究為改善可3D打印水凝膠的力學(xué)性能提供了一種通用而有效的策略。研究成果以Strong, tough, fatigue-resistant and 3D-printable hydrogel composites reinforced by aramid nanofibers為題發(fā)表于Materials Today。

圖1. 芳綸納米纖維增強(qiáng)的水凝膠復(fù)合材料的制備與表征

圖2.芳綸納米纖維增強(qiáng)的水凝膠復(fù)合材料的單軸拉伸和斷裂能測(cè)試

圖3.芳綸納米纖維增強(qiáng)的水凝膠復(fù)合材料的疲勞性能測(cè)試

圖4.芳綸納米纖維增強(qiáng)的水凝膠復(fù)合材料的3D打印、生物相容性和性能對(duì)比

圖5.芳綸納米纖維增強(qiáng)的水凝膠復(fù)合材料作為柔性電子器件的應(yīng)用

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.07.020