Synergistically Toughening Non‐Neutral Polyampholyte Hydrogels by Ionic and Coordination Bonds at Low Metal‐Ion Contents

自愈水凝胶 离子键合 材料科学 化学工程 水溶液 金属 水溶液中的金属离子 单体 共价键 电解质 离子 纳米技术 高分子化学 化学 聚合物 复合材料 有机化学 物理化学 冶金 工程类 电极
作者
Yiwan Huang,Teng Qin,Sanyu Qian,Tao Liu,Shijun Long,Zhen Li,Tao Jin,Xuefeng Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (21): e2500258-e2500258 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202500258
摘要

Polyampholyte (PA) hydrogels, composed of charged hydrophilic networks with both positive and negative groups, have attracted great attention due to the unique structure and excellent antifouling properties. Yet, the superhydrophilicity usually makes non-neutral PA (n-PA) gels highly swollen and mechanically very weak in aqueous environments, severely limiting their applications. Herein metal-coordination bonds are designed to introduce to synergistically toughen n-PA hydrogels with ionic bonds via a secondary equilibrium strategy. In the design, as-prepared n-PA gels are dialyzed in metal-ion solutions and deionized water in sequence to achieve the tough gels. Through this strategy, the weak n-PA gels can be significantly toughened by the synergy of ionic and metal-coordination bonds. A systematic study indicates that both the molar ratio of oppositely charged monomers and the metal-ion concentration affect the mechanical enhancements clearly. The universality of the proposed strategy is further proved by selecting different gel systems and multivalent metal ions. Notably, low metal-ion concentrations (≤0.1 m) of dialysis solutions can enable synergistic toughening. Theoretical models are also adopted to disclose the toughening mechanism. This work not only expands the understanding on the fabrication of strong and tough PA hydrogels but also provides some insights for PA gels in electrolyte solutions.
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