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电子科大崔家喜教授团队 AFM：交替生长水凝胶尺寸和性能的原位后调节

时间：2022-12-01 来源：浏览：

电子科大崔家喜教授团队 AFM：交替生长水凝胶尺寸和性能的原位后调节

化学与材料科学

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微信号 Chem-MSE

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以下文章来源于高分子科技，作者老酒高分子

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生长是自然界中普遍存在的生物体由小到大的一种自然现象。虽然这个生长过程涉及许多复杂的物理和化学过程。归结起来，可以理解为营养物质的吸收，输送和整合这三个过程。受此启发，最近，国内外多个课题组开始发展具有生长特征的聚合物材料，进而实现各种性能等的调控。目前所报道的生长材料主要是基于共价键交联体系的生长材料。这类生长材料虽然可以实现灵活的生长，但是因为非动态的共价键，其生长次数受限，也不能实现灵活的性能调控。

据此，作为最早研究自生长材料的课题组之一，电子科技大学 崔家喜教授 团队针对于目前生长材料存在的问题，他们提出了让新旧网络重构融合的思路，成功实现了交联聚合物材料无限生长的可能性。通过营养液成分的调节和生长过程的控制，可以对材料的尺寸、形貌、力学、电学等性能进行全面的原位后调控。他们以此实现了在平整表面上生长出阵列结构（ Nat. Commun. 2020, 11 , 963 ），对聚丙烯酸酯材料力学、形貌和尺寸的调控（ ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14 , 6, 8473-8481 ），硬热固性材料（ 1GPa ）的生长自修复（ J. Mater. Chem. A , 2022, 10 , 1, 174-179 ），导电水凝胶性能的多维度后调节（ Adv. Funct. Mater. 2022, 32 , 2206222 ）。但目前所开发的这些自生长高分子材料也主要集中于基于共价键交联的单相的聚合物体系的生长研究，营养液形式单一，并且非动态的共价键交联使得材料的性能调节和连续性生长具有一定的局限性。据此，他们基于前期自生长材料的研究基础，提出了新的基于超分子体系的 交替自生长策略 ，实现了超分子水凝胶材料形状和性能的原位调控。该策略通过优化调控羧基和叔胺之间形成的超分子作用力（酸碱相互作用和静电相互作用），实现了超分子水凝胶材料的性能和形状的原位后调节，同时实现了高效生长诱导自修复。该可调节超分子水凝胶材料成功应用于受力状态下的原位注射生长。文章以 “Alternating growth for in-situ post-programing hydrogels’ sizes and performance” 为题，在线发表在《 Advanced Functional Materials 》。

如图 1 所示，材料中存在酸碱相互作用和静电相互作用的平衡。这个平衡在酸或碱的刺激下可以使其偏向酸碱相互作用，进而实现单体的均匀分布。通过聚合实现原始网络的重构和新网络的融合。这种平衡的移动和动态键的重构，可以使得材料在不改变其性能的情况下实现可控生长。同时也可以实现性能强化或者软化的可控调节。

图 1. 自生长策略。（ a ）酸碱相互作用和静电相互作用之间的动态平衡示意图和相应的结构示意图；（ b ）自生长策略示意图和相应的平衡机制。

首先实现了材料的多次交替生长。如图2 所示，材料在经过 4 轮的交替生长过程中，其尺寸明显增加的同时机械性能并没有明显的下降。归功于动态键的动态特性，生长材料具有良好的回复性能。此外，种子材料可以承受扭曲、打结、甚至于打结后的拉伸。此外，还可轻松提起 500 g 的重物而不产生应力开裂，变形后的圆孔可以很快的回复到初始状态。展现出优良的力学性能和回复性。

图 2. 生长水凝胶的性能。（ a ）生长水凝胶的单体转化率和干燥与平衡状态下的质量增加。（ b ）种子和生长材料的实物图。（ c ）生长水凝胶的应力应变曲线。（ d ）生长水凝胶水含量变化图。（ e ）生长水凝胶的拉伸循环曲线。（ f ）种子水凝胶的扭曲、打结、拉伸图。（ g ）种子水凝胶提升重物和回复图

材料的生长依赖于营养液促进动态酸碱相互作用的重构而实现营养液的均分分布，通过聚合进而实现原始网络的重构和新网络的融合。如图3 所示，单一的营养液生长时，因为酸碱结构比例偏离最佳的比例（ 1:1 ），生长后的材料拥有更弱的性能。当硬单体（如甲基丙烯酸）作为营养液时，可以实现材料机械性能的显著提升。此外，改变其生长模式后，也可以改变生长材料的性能。

图 3. 自生长策略调控超分子水凝胶的机械性能。（ a ）丙烯酸营养液生长材料；（ b ）甲基丙烯酸二甲氨乙酯营养液生长；（ c ）甲基丙烯酸营养液生长材料和随后的甲基丙烯酸二甲氨乙酯营养液生长材料；（ d ）不同模式生长材料。

该交替生长策略还可以实现高效的自修复和按需生长。动态超分子水凝胶的修复主要依赖于修复表面动态键的交换，因为缺乏有效的链交换，其修复效率有限，很难实现高效的自修复。该生长策略可以结合生长和动态建的双重作用实现高效修复。如图 4 所示，在动态建结合的基础上提供有效的网络实现界面的互锁，实现高效自修复。目前的生长材料主要是基于动态共价键，其生长后需要经过内部动态键的交换以释放内部应力实现后续生长。该策略基于动态共价键的超分子结构，可实现原位直接按需生长和注射生长。这个过程中内部网络结构的重构和配置是自发进行的，因而不需要内部应力释放的步骤即可实现生长控制。如图4所示，该材料既可以实现按需生长，也可以实现注射生长，并且可以在受力状态下实现生长。

图 4 . 生长诱导自修复和按需生长。（ a ）自修复示意图；（ b ）自修复展示图；（ c ）修复前后性能变化图；（ d ）按需生长；（ e ）注射生长；（ f ）受力注射生长示意图；（ g ）受力注射生长。

电子科技大学基础与前沿研究院崔家喜教授和电子科技大学长三角研究院 ( 湖州 ) 的熊新红博士为该论文的通讯作者 ，在读博士生王宏为第一作者。

原文链接： Wang, H., Xiong, X., Yang, L., Fang, Y., Xue, J., Cui, J., Alternating Growth for InSitu Post-Programing Hydrogels’ Sizes and Performance. Adv. Funct. Mater. 2022 , 2212402.

https://doi.org/10.1002/adfm.202212402

电子科大崔家喜教授团队诚聘博士后、副研究员、研究员

一、团队简介

崔家喜教授团队现有特聘（副）研究员4名，在站博士后2人，博士研究生4名，硕士研究生2名，研究助理1名。主要研究方向包括：仿生聚合物材料、聚合物涂层和界面、聚合物网络结构、水凝胶、自修复材料、生物医用材料以及软物质液晶的自组装行为。目前课题组同时开展基础和应用两个方向的研究，除了承担国家和四川省纵向课题外，与4家公司建立深度研发合作，承担4项横向课题研究。

二、团队负责人简介

崔家喜，教授，博士生导师，国家青年人才，四川省青年人才，成都市“蓉漂计划”特聘专家，四川省学术和技术带头人。 2008 年博士毕业于北京大学，先后在北京大学、德国马普高分子所、哈佛大学等国内外知名高校或科研机构从事化学领域的研究工作。在 Nat. Mater. 、 Nat. Commun. 、 Adv. Mater. 、 Adv. Funct. Mater. 、 JACS 、 Angew. Chem. In. Ed. 等国际著名期刊发表学术论文 100 多篇，引用 4300 多次； H 指数 38 ； i10 指数 77 。编写英文专著（章节） 2 部。研究成果多次受到国内外专家和各科学媒体（ Wiley，ChemView，MRS，Phys 等）以及电视台的竞相报道与高度评价。崔家喜教授发表的新型超滑表面涂层系列研究工作不仅是学术领域开创性和引领性的工作，而且也受到的商业界的关注。

三、招聘岗位信息

岗位： 博士后、副研究员、研究员

研究方向： 高分子化学、有机合成、材料学相关专业、功能聚合物涂层材料、交联聚合物材料、软物质液晶自组装

工作地点： 成都、湖州

薪酬待遇：

博士后：年薪 30 万起，若入选国家博新计划，年薪不低于 50 万 / 年；研究院为引进的博士后提供人才公寓或租房补贴（ 1500/ 月，连续补贴 2 年）；享受购房补贴 40 万；博后在站期间，子女入托入学可与研究院教职工子女享受同等待遇；进站半年后，优秀博士后可申请研究院 “师资博后计划”。出站优秀博士后可申请转为专职科研人员，享受该岗位相应待遇；按浙江省相关文件要求，博士后出站人员，在站期间能够圆满完成研究课题，并取得科研成果的，可直接认定相应高级职称。

副研究员、研究员：带编专职科研岗，年薪 40、50 万起；科研启动经费 60、80 万起；享受湖州市高层次人才待遇，安家费 10 万起、购房补贴 40 万起、租房补贴（ 1500/ 月，连续补贴 3 年）、配偶安置、退税（前 3 年）等人才待遇。研究院按照国家规定为专职科研人员缴纳“五险二金”，协助子女入托、入学等问题。成果优秀者，可以推荐申请浙江省和湖州市高层次人才计划。

四、联系方式

请将个人简历发至 jiaxi.cui@uestc.edu.cn （请以 “ 应聘 + 岗位名称 + 姓名 ” 为邮件主题和文件名）。

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