《CEJ》內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)王喜明：高驅(qū)動(dòng)應(yīng)力的木基水凝膠材料用于承載！

喜報(bào)

近日，以我校為第一完成單位，材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院博士生陳佳星為第一作者，材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院王喜明教授、中國林科院盧蕓研究員為通訊作者完成的研究成果“利用自上而下的方法制備高驅(qū)動(dòng)應(yīng)力的木基水凝膠用于承載”（Top-Down approach for fabricating high-driving-stress wood-based hydrogel for load-bearing）發(fā)表在工程技術(shù)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊《Chemical Engineering Journal》上（影響因子13.2），該研究得到國家自然科學(xué)基金(32371797)的資助和支持。

本研究采用自上而下的方法，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種高驅(qū)動(dòng)應(yīng)力的木基水凝膠，用于實(shí)現(xiàn)重物起重和高效負(fù)載。以木材纖維素網(wǎng)絡(luò)為骨架，強(qiáng)吸水材料3-磺丙基丙烯酸酯鉀鹽（SPA）為填料，利用木材纖維素弦向膨脹大于徑向膨脹的特點(diǎn)，通過選擇性滲透膜構(gòu)筑限域空間，制備得到木基水凝膠（圖1）。

圖1 木基水凝膠制備機(jī)制

研究結(jié)果表明，組裝成的木基水凝膠能夠在外界水分的激發(fā)下，展現(xiàn)出超凡的機(jī)械變形能力和高效的力學(xué)輸出。木基水凝膠的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)951N，驅(qū)動(dòng)應(yīng)力可達(dá)1.1MPa，遠(yuǎn)高于目前研究中的聚合物水凝膠。此外，木基水凝膠在不同pH環(huán)境中均具有優(yōu)異的膨脹性能，其中在pH為7的NaCl溶液中，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)1.24MPa（圖2）。

圖2 木基水凝膠的力學(xué)性能

更為關(guān)鍵的是，所制備的木基水凝膠在低電壓滲透驅(qū)動(dòng)條件下，僅需用6min即可將100g的重物提升12mm（圖3）。未來，木基水凝膠有望在柔性機(jī)器人、自動(dòng)化搬運(yùn)及仿生承載材料等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

圖3木基水凝膠水驅(qū)動(dòng)應(yīng)用

來源：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)工在線