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课题组

研究内容

研究内容和方向

本课题组着重关注新型仿生水凝胶,油凝胶材料的开发及其在工业生产,医疗器械,航海船舶,石油输运等涉及国计民生的重大需求。具体开展以下几方面的研究:

一. 可涂覆水凝胶涂层的设计与应用

水凝胶作为涂层材料,能够赋予固体表面多种功能(例如超亲水性、润滑性、生物相容性和载药功能等),在载药释药、医疗器械、人造皮肤、软机器人、离子导体传感器和海洋防污等诸多领域的应用备受期待。然而,传统水凝胶涂层无法避免合成过程的毒性物质、环境污染以及制备条件苛刻等不利因素,严重限制了水凝胶涂层的实际应用。本课题组提出了聚合与涂覆过程可控分离的新型“水凝胶漆”。我们将水凝胶漆的制备控制在实验室中,而涂覆过程可以是任何操作者,在任何地方涂覆在任何基底材料表面(如弹性体、塑料、玻璃、陶瓷或金属等)上,巨大的推动了水凝胶涂层的产业化和日常化应用进程。

二.可逆应变硬化凝胶功能材料的制备和应用探究

生物组织拉伸到断裂之前可以硬化(即刚性随着施加的应变或应力的增加而增加)。这一力学特性被称为可逆应变硬化特性。应变硬化特性可以限制生物组织的无限变形,有效防止大规模变形造成的损伤,以维持其组织结构完整性和生物功能。构筑与生物组织的可逆应变硬化特性相匹配的传感材料是长久以来面临的重要挑战。水凝胶材料不仅具备良好地生物相容性、透光性以及离子导电性等优越属性,而且与人体组织的物理结构和化学组成最为接近。因此,开发具有可逆应变硬化特性的凝胶材料体系,有利于提高仿生软材料与生物机体之间的力学相容性,对于应用在模拟动态机械环境来解读细胞行为、人工组织、可穿戴设备、可植入式执行器和软机器人技术等领域具有至关重要的意义。具体设计策略有两种:

(1)纤维复合法;

(2)凝胶微球构筑双网络体系,获得具有可逆应变硬化功能的凝胶材料。

三.离子型凝胶半导体器件的开发和应用

近年来,可拉伸电子产品,可穿戴设备,柔性电子产品等受到了广泛的关注。利用柔性材料制作电子器件,对柔性电路的应用发展具有极为重要的意义。我们利用新型的离子凝胶半导体材料,制作透明可拉伸的QLED器件。使用两性离子材料分别制作聚阳离子薄膜和聚阴离子薄膜,在两层薄膜中间加入量子点,在电场驱动下发光。它们的制备过程简单、环保且可扩展,是仿生电子器件和电路中易于集成的潜在候选器件。由于水凝胶材料具备优异的透光性、拉伸性、生物相容性等属性,因此离子型凝胶半导体器件在柔性和生物相容的电子电路中具有重大意义。

目标:利用柔性离子凝胶电极制备可拉伸QLED器件。

四. 动态交联聚合物制备与性能研究

聚合物三维网络结构能够影响聚合物性能,其中分子链间相互作用力的影响尤为显著。聚合物分子链间的作用力主要包括传统共价键和动态键。聚合物材料一般通过传统共价键交联,这类交联聚合物具备良好的力学性能、耐高温、耐溶剂性、耐磨性等,但其一旦成型便不能够再加工,在实际应用方面受到极大限制。因此,开发兼具优异性能和特殊功能的聚合物材料刻不容缓。动态键是一种新兴发展的化学键,它的出现为构筑新型交联聚合物提供了更多思路,其形成的交联聚合物在光、热、电、声和磁等刺激下具有响应性,并具备可回收/再加工、自修复、高拉伸、形状记忆、阻尼等特殊性能或功能。因此,深入研究动态交联聚合物的制备及其特殊性能和功能具有良好的理论意义和实用价值。

五. 基于超分子自组装的有机聚合物光催化剂的制备

随着全球人口的增长,人们对清洁水供应的需求增加,水质却在不断恶化,提供清洁和安全的水是人类面临的一项巨大挑战和紧迫的任务。在能源和水资源极度短缺的情况下,可见光降解污染物是进一步净化水体的理想方法。目前开发的聚合物光催化剂普遍存在如下问题:(1)无规则形貌不利于水体中有机污染物的高效富集。(2)大的有机共轭基团使它们的水分散性能差,不利于接触水体中,特别是低浓度水体中的污染物。两种因素导致光降解污染物效率低、速率慢。基于此,制备高效、快速光降解污染物的光催化剂迫在眉睫。具体设计策略:

利用超分子组装技术构筑特定形貌的光催化剂,进而协同富集和高效降解于一体的高效光降解光催化剂。


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