Tough, Transparent, 3D‐Printable, and Self‐Healing Poly(ethylene glycol)‐Gel (PEGgel)

材料科学 乙二醇 自愈水凝胶 聚合物 自愈 韧性 软机器人 复合材料 甲基丙烯酸酯 极限抗拉强度 弹性体 聚氨酯 PEG比率 聚乙烯醇 自愈材料 弹性模量 化学工程 高分子化学 执行机构 共聚物 工程类 电气工程 病理 医学 经济 替代医学 财务
作者
Zhenwu Wang,Haijun Cui,Modan Liu,Stephan L. Grage,Maxi Hoffmann,Elaheh Sedghamiz,Wolfgang Wenzel,Pavel A. Levkin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (11) 被引量:102
标识
DOI:10.1002/adma.202107791
摘要

Polymer gels, such as hydrogels, have been widely used in biomedical applications, flexible electronics, and soft machines. Polymer network design and its contribution to the performance of gels has been extensively studied. In this study, the critical influence of the solvent nature on the mechanical properties and performance of soft polymer gels is demonstrated. A polymer gel platform based on poly(ethylene glycol) (PEG) as solvent is reported (PEGgel). Compared to the corresponding hydrogel or ethylene glycol gel, the PEGgel with physically cross-linked poly(hydroxyethyl methacrylate-co-acrylic acid) demonstrates high stretchability and toughness, rapid self-healing, and long-term stability. Depending on the molecular weight and fraction of PEG, the tensile strength of the PEGgels varies from 0.22 to 41.3 MPa, fracture strain from 12% to 4336%, modulus from 0.08 to 352 MPa, and toughness from 2.89 to 56.23 MJ m-3 . Finally, rapid self-healing of the PEGgel is demonstrated and a self-healing pneumatic actuator is fabricated by 3D-printing. The enhanced mechanical properties of the PEGgel system may be extended to other polymer networks (both chemically and physically cross-linked). Such a simple 3D-printable, self-healing, and tough soft material holds promise for broad applications in wearable electronics, soft actuators and robotics.
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