北京林业大学边静教授团队ACS Nano：无引发剂低共熔凝胶超快制备新策略

低共熔凝胶（Eutectogel）因其固有的导电性、优异的力学性能和环境稳定性，近年来在柔性电子应用领域广受关注。然而，传统的低共熔凝胶制备仍高度依赖化学引发剂、交联剂和高能紫外光辐照，制备过程复杂且导致材料生物相容性降低。因此，开发一种简单、绿色和快速的低共熔凝胶制备方法是当前亟需解决的关键问题。

针对上述问题，本研究首先以我国溶解浆生产过程中的主要副产物—工业木聚糖为原料，经室温非均相氧化法改性得到水溶性双醛化木聚糖（DAX），利用DAX的表面锚定作用，在高频超声作用下制得能在水中长时间稳定分散的具有核壳结构的LM纳米液滴。以DAX/LM分散体系为引发剂，室温下一步快速引发氯化胆碱/丙烯酰胺低共熔溶剂（DES）自由基聚合，制备得到新型DLPD低共熔凝胶，克服了传统低共熔凝胶制备过程中对引发剂、交联剂及紫外光辐照的依赖。由于DAX的稳定和还原作用，LM表面反应活性增加，加速了自由基聚合反应速率（成胶时间小于2 min）并提高了凝胶力学性能。通过物理交联形成的低共熔凝胶具有显著的特性，如超拉伸性（2860%）、优异的自修复性能、高导电性（0.72 S m−1）、光热特能和生物相容性。由于水分子参与了DES的氢键网络组装，低共熔凝胶还表现出优异的环境稳定性，包括抗失水性能和抗冻性能。

在应用方面，该低共熔凝胶用作电阻式应变传感器时具有较高的灵敏度（GF=4.08），能够识别形变幅度较大的人体运动和微小应变的书写笔迹；作为温度传感器时具有高热敏性（TCR=5.35% K−1），优于已报道的绝大多数凝胶基温度传感器，在用于温度识别和健康监测的柔性电子器件领域显示出极大的应用潜力。该凝胶还可作为柔性电极制备摩擦纳米发电机（E-TENG），实现机械能收集，表现出优异的电输出性能，进一步拓展了其应用范围。

本研究提出了一种创新的低共熔凝胶制备策略，打破了传统导电凝胶的局限性，同时也为工业半纤维素副产物的功能高值化利用提供了新思路。

图1 DAX制备和DAX/LM引发体系构建

图2 DLPD低共熔凝胶的制备

图3 DLPD低共熔凝胶的力学性能和自修复特性

图4 DLPD低共熔凝胶的抗失水、抗冻、光热特性及生物相容性

图5 DLPD低共熔凝胶的应变传感性能

图6 DLPD低共熔凝胶的温度传感性能

图7 DLPD低共熔凝胶的TENG应用

相关研究成果以“Conductive Eutectogels Fabricated by Dialdehyde Xylan/Liquid Metal-Initiated Rapid Polymerization for Multi-Response Sensors and Self-Powered Applications”为题发表在期刊《ACS Nano》上。

北京林业大学杨积有博士为第一作者，北京林业大学边静教授和浙江农林大学郇伟伟教授为共同通讯作者，北京林业大学为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、中央高校基本科研业务费专项资金项目和教育部高等学校学科创新引智计划项目的支持。

来源：高分子科学前沿

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