Freezing-Tolerant Supramolecular Organohydrogel with High Toughness, Thermoplasticity, and Healable and Adhesive Properties

材料科学 明胶 胶粘剂 结晶 复合材料 化学工程 自愈水凝胶 氢键 超分子化学 韧性 离子键合 非共价相互作用 高分子化学 分子 纳米技术 有机化学 离子 化学 工程类 图层(电子)
作者
Zhihui Qin,Dianyu Dong,Mengmeng Yao,Qingyu Yu,Xia Sun,Qi Guo,Haitao Zhang,Fanglian Yao,Junjie Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (23): 21184-21193 被引量:187
标识
DOI:10.1021/acsami.9b05652
摘要

Hydrogels based on supramolecular noncovalent interactions have attracted great research interest but are still limited by relatively low mechanical strength and performance deterioration at subzero temperatures because of the formation of ice crystallization. In this study, an antifreezing and mechanically strong gelatin supramolecular organohydrogel is prepared via a simple strategy of immersing a gelatin pre-hydrogel in the citrate (Cit) water/glycerol mixture solution. In the organohydrogel, a part of water molecules are replaced by glycerol, which inhibits the formation of ice crystallization even at extremely low temperature. In addition, the formation of noncovalent interactions such as the hydrophobic aggregation induced by the salting-out effect, ionic interactions between the -NH3+ of gelatin and Cit3- anions, and hydrogen bonding between gelatin chains and glycerol endows the organohydrogels with high mechanical strength and toughness. The supramolecular organohydrogel can maintain its mechanical flexibility even at -80 °C or be stored for a long time. Moreover, the nature of noncovalent interactions endows the organohydrogel with intriguing thermoplasticity, good healable ability, and excellent adhesive behavior at various substrate surfaces.
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