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提高了約10倍，模量提高了約30倍，斷裂伸長率沒有顯著降低。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