天然多糖基水凝胶引起了广泛的关注，但由于其固有的性质，一直受到不理想的拉伸性的困扰。本文通过构建可逆的分子内物理相互作用，开发了超拉伸淀粉基水凝胶（支链淀粉/聚丙烯酰胺，AAM）。由于连续的氢键网络，这种策略使水凝胶具有极高的变形。可从小于0.5 cm拉伸至>300 cm，伸长率超过原长度600倍时不破损。万能试验机采集的伸长率高达36000%，无破损，优于以往的报告，展示了非凡的拉伸性。此外，氢键相互作用和微量共价键的交织结构使水凝胶的应力达到0.28 MPa，伴随着22 500%的超高应变和显著的韧性（47 MJ·m−3）。该水凝胶具有高透明度（≈93%）、耐低温性、保湿性和优异的界面粘附性。有趣的是，水前驱体可以作为墨水，通过简单的书写或绘制方法在几分钟内制备各种形式的水凝胶。这种水凝胶在人体运动传感器（在长期或低温条件下）和能量储存领域都有很强的潜力。该研究将促进超可拉伸或多功能水凝胶的发展。
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图1: a) AAM水凝胶制备工艺示意图。
图2：a、b)加热前后的AAM水凝胶（比例尺= 1.0 cm）。c)水凝胶的透射光谱（厚度：0.5 mm，比例尺= 1.0 cm）。图片上的插图是AAM水凝胶。d)拉伸AAM水凝胶，e)拉伸AAM水凝胶。（标尺= 1.0 cm） f)拉伸后的AAM水凝胶。光学图像：i)有亮蓝色和ii)没有亮蓝色。iii) SEM图像。g) AAM水凝胶和AAM- i水凝胶的防冻性能：在- 20℃下弯曲和扭转。h) AAM水凝胶和AAM- 1水凝胶的DSC曲线。
图3：水凝胶力学性能：a)水凝胶的拉应力-应变曲线。b)应力、应变和韧性的总结。c) AAM水凝胶与报道的超拉伸水凝胶的应变和应力对比图。d)拉伸过程中氢键的示意图。e) AAM水凝胶、AAM- i水凝胶和PAM的FT-IR光谱。f) p2p （AAM水凝胶）的高分辨率XPS光谱。g) PAM/AP与PA相互作用能的DFT分析。统计数据以均数±标准差（SD）表示，每次分析的样本量(n)一致为3。
图4：a) AAM水凝胶粘在不同材料上的照片。b)粘结机理示意图及搭接剪切试验。c) AAM水凝胶（m = 0.6 g）举起10kg的重物。粘附力学曲线：d)原始水凝胶和e)加热后。f)粘接强度。统计数据以均数±标准差（SD）表示，每次分析的样本量(n)一致为3。
图5：a)书面法制备AAM水凝胶示意图。b)用棉签和毛笔书写AAM水凝胶：i)“鞭炮”；ii-iii)“花”；iv)“字”；v)封闭回路书写水凝胶。c,f)将AAM水凝胶涂在手套和气球上作为应变传感器。相对阻力变化：d)持续的通货膨胀和通货紧缩，e)捏气球。g)不同弯曲角度和h)手指连续弯曲。
图6：a) AAM- pani凝胶：i) ANI沉积在AAM水凝胶上；ii) AAM-PANI凝胶的粘接性能；iii) AAM-PANI凝胶作为全固态电容器和截面图像。b)循环伏安（CV）曲线。c)恒流充放电（GCD）曲线。d)电容保持率(红线：电流密度；绿线：扫描速率。e)阻抗曲线。f)将AAM水凝胶组装到铜锌电池中，并进一步组合成自供电应变传感器。g)自供电应变传感器监测手腕弯曲：立即和1周后。插图：传感器安装在手腕上的照片。h)自供电应变传感器，分别监测室温和- 20℃下的呼气状态。
图7：本研究与文献报道的水凝胶在拉伸性、韧性、粘附性、保湿性、耐低温性及应用方面的比较。
结论
综上所述，通过构建氢键网络制备了超拉伸淀粉基水凝胶。通过PA作为AP链和PAM链之间的桥梁，建立了可逆的氢键网络。具有连续氢键网络的水凝胶，可手动拉伸至初始距离600次，经万能试验机拉伸至36000%以上而不破损，优于以往报道的水凝胶。此外，提出了“氢键网络和微量共价网络”交织结构，使其应力、应变和韧性的力学性能分别提高到0.28 MPa、22 500%和47 MJ·m−3。该水凝胶同时具有透明性、耐低温性、令人印象深刻的保湿性和良好的粘附性。AAM水凝胶具有优异的性能和丰富的材料，在应变传感器和储能领域具有广阔的应用前景，具有潜在的实用价值。该研究对超伸缩天然水凝胶和柔性可穿戴电子产品的设计和制备具有重要意义。
来源：胶粘材料
