水凝胶

背景介绍 石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、超高的比表面积和良好的物理、化学稳定性。这些特性使得石墨烯非常适合作为超级电容器的电极材料。近年来，石墨烯基电极材料表现出较高的质量比电容和较大的质量能量密度。然而，由于其较小的堆积密度，这些石墨…

科研人员通过在有机水凝胶表面涂覆一层还原氧化石墨烯 (rGO) 片层，制造了一种高度灵敏、可拉伸和疏水的应变传感器。此外，通过在溶剂中加入丙二醇，利用简便的溶剂置换方法同时增强水凝胶的抗冻和抗干燥能力。

通过模拟蜘蛛丝结构以及纺丝过程，我们制备了双交联结构的水凝胶，经牵引拉丝得到了具有和蜘蛛丝类似结构的凝胶纤维：交联、线性排列的纳米组装体、核壳结构。引入氧化石墨烯作为成核中心，进一步调控纳米组装体的尺寸和排列，提高了其机械性能。纤维机械强度和韧性的完美结合，为应用于能量吸收、降低冲击能等领域提供了可能。另外，这种调控纳米组装体的策略，为一些功能性纤维(如光纤、电纤等)提供了新的可能，有望用于可穿戴电子、健康监测、传感及人工肌肉等。

通过羟丙基纤维素 (HPC) 与氧化石墨烯 (GO) 和还原 GO (rGO) 自组装构建具有耦合电热调节用于水传输的新型二维水凝胶，其中利用了 HPC 在疏水和亲水状态之间切换的能力。两亲性 GO 表面用于指导液晶 HPC 域的排序和对齐。HPC 构象和排列的变化可作为光学特性和水传输的开关。开发了一种由导电 rGO 和 2D 水凝胶组成的复合材料以产生热刺激，从而构建用于调节水传输的电热控制阀。制备的二维水凝胶具有较大的溶胀率、出色的机械性能（杨氏模量为 2.5 GPa）和优异的导电性（176 S cm-1）。当焦耳加热时，HPC 域在 2D 限制中改变构象的能力可以用作智能膜中具有光学控制的 2D 低足迹水开关。提出的在 GO 和 rGO 的 2D 限制中自组装 HPC 的可持续方法适用于较低临界溶解温度聚合物的整个家族。因此，证明了一种普遍且可持续的新型低维稳健多功能水凝胶的合成。

水凝胶含有大量的水（可达90%），质地柔软，物理性质与生物组织类似，具有优异的生物相容性，同时其力学性质可调，是一类优秀的生物材料，在实际应用中已用作补齿材料、涂覆材料等。

科研人员发现粘弹性多层石墨烯水凝胶 (MGH) 膜尽管表现出比神经组织高得多的杨氏模量，但在植入大鼠坐骨神经 8 周后几乎没有炎症反应。

科研人员通过简便的原位生长策略开发了一种共价有机框架（COF）/石墨烯双区域水凝胶，在一种材料中包含亲水和疏水区域。亲水 COF 覆盖部分疏水石墨烯区域。通过对两个润湿区域的精确控制，混合水凝胶显示出有效的光捕获、可调节的润湿性、优化的水含量以及降低水汽化的能量需求。作为太阳能吸收器，双区域水凝胶在 1 次太阳照射 (1 kW m-2) 下的蒸汽产生率高达 3.69 kg m-2 h-1，与其他最先进的技术相媲美材料。此外，这种水凝胶蒸发器可用于从海水和污水中生产饮用水，展示了水处理的潜力。

在这项研究中，氧化石墨烯/聚（丙烯酰胺-共-N-（3-氨基丙基）甲基丙烯酰胺）[聚（AAm-co-APMA）/GO]水凝胶通过紫外光引发聚合合成。随后，通过甘油置换获得了聚（AAm-co-APMA）/GO-Gly（PAAG-Gly）有机水凝胶。

同济大学团队报告了一种高度灵活和可拉伸的生物燃料电池，它由石墨烯/碳纳米管 (G/CNT) 复合材料和聚合物水凝胶电解质的纺织电极实现。从石墨烯层共价生长的碳纳米管阵列不仅可以作为固定酶分子的导电基底，还可以在酶和石墨烯电极之间提供有效的电荷传输通道。