Azo-Crosslinked Double-Network Hydrogels Enabling Highly Efficient Mechanoradical Generation

化学 自愈水凝胶 均分解 聚合 化学工程 自由基聚合 丙烯酰胺 高分子化学 激进的 产量(工程) 聚合物 单体 有机化学 复合材料 材料科学 工程类
作者
Zhi Jian Wang,Julong Jiang,Qifeng Mu,Satoshi Maeda,Tasuku Nakajima,Jian Ping Gong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (7): 3154-3161 被引量:78
标识
DOI:10.1021/jacs.1c12539
摘要

Double-network (DN) hydrogels have recently been demonstrated to generate numerous radicals by the homolytic bond scission of the brittle first network under the influence of an external force. The mechanoradicals thus generated can be utilized to trigger polymerization inside the gels, resulting in significant mechanical and functional improvements to the material. Although the concentration of mechanoradicals in DN gels is much higher than that in single-network hydrogels, a further increase in the mechanoradical concentration in DN gels will widen their application. In the present work, we incorporate an azoalkane crosslinker into the first network of DN gels. Compared with the traditional crosslinker N,N'-methylenebis(acrylamide), the azoalkane crosslinker causes a decrease in the yield stress but significantly increases the mechanoradical concentration of DN gels after stretching. In the azoalkane-crosslinked DN gels, the concentration of mechanoradicals can reach a maximum of ∼220 μM, which is 5 times that of the traditional crosslinker. In addition, DN gels with the azoalkane crosslinker show a much higher energy efficiency for mechanoradical generation. Interestingly, DN gels crosslinked by a mixture of azoalkane crosslinker and traditional crosslinker also exhibit excellent radical generation performance. The increase in the mechanoradical concentration accelerates polymerization and can broaden the application range of force-responsive DN gels to biomedical devices and soft robots.
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