Glassy gels toughened by solvent本周要介绍的文章是来自于北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系的Michael Dickey教授。Michael的研究兴趣包括软物质（液态金属、凝胶、聚合物）用于软性和可拉伸设备（电子产品、能量收集器、纺织品和软机器人）。Michael是《Advanced Materials》、《Advanced Materials Technologies》和《Droplet》的期刊学术顾问。本文中以离子液体重排高分子链的想法非常值得借鉴。顾名思义，“玻璃凝胶”这种材料像玻璃一样硬，但在施加足够的力时，可以被拉伸到原来长度的5倍而不断裂。更重要的是，这种材料在拉伸后，还能通过加热恢复到原始形状。玻璃凝胶结合了玻璃和凝胶两种材料的特性。为了制造这种材料，研究人员从玻璃聚合物的液体前体开始，将其与离子液体混合；然后将混合液倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料“固化”；最后，研究人员移除模具，留下玻璃状的凝胶。离子液体像水一样是一种溶剂，但它完全由离子组成。通常情况下，当向聚合物中添加溶剂时，溶剂会推动聚合物链分离，使聚合物变得柔软且可拉伸。这就是为什么湿式隐形眼镜是柔韧的，而干式隐形眼镜则不是。在玻璃凝胶中，溶剂推动玻璃聚合物中的分子链分离，这使得它可像凝胶一样拉伸。然而，溶剂中的离子被聚合物强烈吸引，这阻止了聚合物链的移动。链无法移动是它呈玻璃状的原因。最终结果是，由于吸引力，材料变硬，但由于额外的间距，它仍然能够拉伸。玻璃凝胶的一个关键特性在于，它们50%以上是液体，这使得它们比物理特性类似的普通塑料能更有效地导电。它们也不会蒸发或变干燥。此外，玻璃凝胶表面具有很强的黏附性，这对于硬质材料来说是不寻常的特性。研究人员发现，玻璃凝胶可用各种不同的聚合物和离子液体制成，并且制造过程简单，可在任何类型的模具中固化或通过3D打印来完成。Glassy
polymers are generally stiff and strong yet have limited extensibility. By swelling with
solvent, glassy polymers can become gels that are soft and weak yet have
enhanced extensibility The marked changes in properties arise from the solvent
increasing free volume between chains while weakening polymer–polymer interactions. Here we
show that solvating polar polymers with ionic liquids (that is, ionogels) at appropriate
concentrations can produce a unique class of materials called glassy gels with
desirable properties of both glasses and gels. The ionic liquid increases
free volume and therefore extensibility despite the absence of conventional
solvent (for example, water). Yet, the ionic liquid forms strong and abundant
non-covalent crosslinks between polymer chains to render a stiff, tough,
glassy, and homogeneous network (that is, no phase separation), at room
temperature. Despite being more than 54 wt% liquid, the glassy gels exhibit enormous fracture strength (42 MPa), toughness (110 MJ m−3), yield strength (73 MPa) and Young’s modulus (1 GPa). These values are similar to those of
thermoplastics such as polyethylene, yet unlike thermoplastics, the glassy gels
can be deformed up to 670% strain with full and rapid recovery on heating.
These transparent materials form by a one-step polymerization and have
impressive adhesive, self-healing and shape-memory properties.玻璃态聚合物的机械性质对许多消费品至关重要。由于聚合物链间的强相互作用，玻璃态聚合物既坚硬（模量约为1 GPa）又强度高（断裂强度为10-100
MPa）。将玻璃态聚合物溶胀使之成为凝胶时，例如，隐形眼镜就是与水溶胀的聚合物凝胶。凝胶中的溶剂减少了聚合物间的相互作用并软化了聚合物网络，从而降低了其机械性能。凝胶的模量通常为0.0001
GPa，断裂强度<1 MPa。然而，凝胶中溶剂的高含量以及因此增加的自由体积（即非聚合物占据的体积）可以带来好处：相对于玻璃态聚合物，将聚合物网络的可拉伸性增加一到两个数量级，同时提供附加功能，如作为电解质。因此，玻璃态聚合物和凝胶有其各自的权衡：玻璃态系统是干燥的、坚硬的和强度高的，而凝胶是含溶剂的、柔软的和弱的。此外，玻璃态聚合物通常在低应变下发生脆性破坏或塑性变形，而凝胶则可以弹性伸长，往往到高应变。增强凝胶韧性的策略通常集中在促进或介导聚合物间相互作用上，包括（1）聚合物链间的次级键，以在变形过程中耗散能量；及（2）聚合物的缠结或填充物，以帮助分散凝胶网络中的应力。尽管溶剂占凝胶的大部分（>50 wt%），但它们通常被忽视，甚至被视为对增强或增韧有害，因为它们减少了聚合物间的相互作用。原则上，如果溶剂可以在聚合物链间强烈相互作用，它可以具有溶剂的好处（例如，可伸展性），但不会牺牲刚性或强度。在这里，我们报告了通过溶剂增韧和玻璃化的均匀玻璃态凝胶。溶剂——离子液体——赋予聚合物与传统溶剂类似的凝胶般的可伸展性。然而，在优化的离子液体浓度下，离子液体与聚合物链形成丰富且强大的非共价作用（即“溶剂交联”），从而赋予玻璃态特性。因此，这些玻璃态凝胶具有与玻璃态聚合物相似的模量和强度，但保持了凝胶般的伸长和恢复能力。综合这些性质，导致了相当于常见热塑性塑料如聚乙烯的显著韧性。这里，我们使用“韧性”一词来指应力-应变曲线下的面积，尽管它也可以被称为断裂能量。之前已经制备出通过相分离促进聚合物间相互作用的韧性离子凝胶，形成异质网络。与之相比，玻璃态凝胶——它们更为坚硬和韧性大一个数量级——通过在均匀网络中的溶剂交联聚合物实现韧性。溶剂交联对自我修复和形状记忆有用，而离子液体的使用则使玻璃态凝胶具有显著的热稳定性和卓越的粘合性能。a, 玻璃态聚合物（此处为聚（丙烯酸），PAA）是无溶剂的、坚硬且强度高，但易脆。玻璃态凝胶（即，由离子液体溶胀的PAA，PP）通过离子液体溶剂进行物理交联，变得坚硬、强度高且具有伸展性，而凝胶（即，由水溶胀的PAA）缺乏溶剂交联，变得柔软和弱，但具有伸展性。因此，玻璃态聚合物和玻璃态凝胶可以承受4000克，而凝胶尽管宽度大约是前者的七倍，但只能承受最多20克。刻度条为10毫米。b,拉伸应力-应变行为高度依赖于组成（插图为b的放大视图）。c, 不同丙烯酸单体浓度Cm的凝胶的杨氏模量和屈服强度的总结。d, e, 将本项工作与各种凝胶、玻璃态和增塑聚合物、生物组织如皮肤、软骨、肌腱胶原蛋白和蜘蛛丝拖线丝在杨氏模量和液体含量以及断裂强度和韧性方面进行比较。
玻璃态凝胶通过在室温下的单步光聚合形成，这一点值得注意。然而，许多具有类似机械性能的聚合物，如PE，与光聚合并不容易兼容，因此需要两个独立步骤：在化学工厂使用催化剂进行合成，然后通过高温度和/或压力的熔融处理，如注射成型。此外，玻璃态凝胶可以使用多种离子液体和单体形成。因此，这些发现为根据需求制造具有凝胶（高溶胀性和大伸长性）、玻璃（刚性和强度）、热塑性塑料（韧性）、交联网络（应变恢复）和离子液体（非挥发性和导电性）等吸引人特性的聚合物部件或涂层提供了一种简单且多功能的途径。玻璃态凝胶通过单步光聚合溶液形成，该溶液含有单体（丙烯酸，AA）、交联剂（N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，MBAA）、光引发剂（Irgacure 2959，I2959）和离子液体（三丁基（甲基）磷酸二甲酯，PP）。我们制备了一系列以PM-S-Cm命名的凝胶，其中M、S和Cm分别代表单体、溶剂和单体的摩尔浓度。P代表聚合物中的“聚”。例如，PAA-PP-4.0M凝胶是通过在PP溶剂中聚合4.0M的AA准备的。聚合反应进行到高表观转化率（>94%）。所产生的凝胶含有高比例的液体（>54wt%）且高度透明，类似于常见的传统水凝胶PAA-H2O。然而，与PAA-H2O相比，所得的玻璃态凝胶因PP相对于H2O的低挥发性，展现出稳定的重量和机械性能。PAA-PP凝胶的拉伸性能令人瞩目，考虑到它们高度溶胀。根据AA的浓度，这些凝胶可以从坚硬和脆弱、坚硬和韧性、到柔软和可拉伸变化。例如，当Cm为4.0M时，PAA-PP凝胶如预期的高度溶胀凝胶一样可拉伸和柔软。然而，随着Cm的增加，杨氏模量和屈服强度增加了近三个数量级，视组成不同，最大模量约为1 GPa，屈服强度为73 MPa，韧性为110 MJ m-3。玻璃态凝胶至少可以支撑其自身重量的2.6×10^4倍。与此相反，PAA-H2O水凝胶较弱，其杨氏模量（0.07-0.18MPa）在相同Cm下几乎不变。图1d,e和补充表2显示，PAA-PP凝胶的杨氏模量、断裂强度和韧性远远超过皮肤、软骨和大多数合成凝胶。尽管凝胶中大部分是液体（>54wt%），但PAA-PP玻璃态凝胶的机械性能仍然类似于或优于玻璃态聚合物（例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯），增塑的聚氯乙烯（PVC，<30wt%增塑剂），和蜘蛛拖线丝（一种超韧性天然纤维，含有约20wt%液体）。此外，PAA-PP玻璃态凝胶的应力-应变行为类似于许多不能被光聚合的热塑性塑料，如PE。值得注意的是，玻璃态聚合物（更广泛的说，热塑性塑料）在应力下会发生脆性破坏或永久塑性变形，而PAA-PP玻璃态凝胶可以完全且迅速恢复（<1分钟，在80°C;）。PAA-PP凝胶和PAA-H2O凝胶的机械行为之间的明显差异表明，溶剂在增强韧性方面起着重要作用。举例来说，PAA-H2O-6.0M的杨氏模量大约是PAA-PP-6.0M凝胶的1万倍之小（补充图4）。这种差异不能归因于通过相分离来增韧，因为在扫描电子显微镜下PAA-PP凝胶显示出均一的形态，同时具有单一的玻璃转变温度（Tg；图2a和补充图6a）。a, 损耗正切（tan
δ）的温度依赖性。插图，不同凝胶的Tg（从tan δ的峰值测量得出）。b, 有无共价交联剂MBAA的玻璃态凝胶的拉伸应力-应变曲线。c, 各种材料的红外光谱（FTIR）。d, c的放大视图（800-1600 cm^-1）。c和d中的透射率已标准化。e, PP溶剂、AA单体及其混合物（Cm = 6.0 M）的^13C NMR光谱。AA羧基中的碳的放大的^13C NMR光谱显示在顶部。总的来说，这些结果显示了强烈的溶剂（PP）和单体（AA）相互作用
玻璃态凝胶的拉伸性能在0 mol%和0.1 mol%MBAA交联剂条件下几乎相同，这表明共价交联不是玻璃态凝胶巨大刚性的原因（图2b）。为避免减少可扩展性（补充图6b-i），MBAA的浓度固定在0.1 mol%，其唯一显著的作用是实现完全的应变恢复。从混合放热（补充图7a,b和补充视频4）和高于室温的Tg（在Cm>4.0 M时，尽管离子液体提供了自由体积）表明有强烈的溶剂-聚合物相互作用（图2a，插图）。傅立叶变换红外光谱（FTIR）有助于识别这些相互作用的性质（图2c,d）。以Cm=5.5 M为例，AA的羧基（COOH）中OH的面内弯曲振动在1435 cm^-1处红移至1417 cm^-1和1411 cm^-1，分别在前体溶液和玻璃态凝胶中（图2d）。这种移位与COOH分解形成COO^-和H^+在PP中是一致的。此外，在前体溶液和玻璃态凝胶的光谱中出现了在纯PP和纯AA的光谱中不存在的2412 cm^-1峰。这个峰被归因于POH，表明离子液体阴离子（PO^-）与从AA分离的H^+阳离子之间的相互作用。值得注意的是，PP光谱中944 cm^-1处对应于PO^-阴离子和P^+阳离子的POP振动，这在前体溶液中移位至937 cm^-1，在玻璃态凝胶中移位至939 cm^-1。这可能归因于由于PP和AA混合产生的新相互作用，导致PP中阳离子-阴离子相互作用的改变。PP和AA之间的相互作用也通过^13C NMR光谱得到证明（图2e）。由于COO^-和P^+之间的静电相互作用，羧基中的碳发生了大的化学位移。总的来说，这些结果表明离子液体阴离子（PO^-）与分离的H^+相互作用，而离子液体阳离子（P^+）与聚合物的COO^-相互作用（补充图7c）。除了静电相互作用外，离子液体的阴离子和未分离的PAA之间也可能形成氢键，以促进它们的相容性。进一步证明溶剂促进的强结合，PAA-PP-6.0 M在离子液体中浸泡7天后几乎不膨胀，而PAA-H2O-6.0 M凝胶在水中明显膨胀（补充图8）。这些结果与由玻璃态凝胶中的非共价交联所产生的离子液体中的离子（即P^+阳离子和PO^-阴离子）的相互作用，以及离子液体和聚合物（例如，P^+阳离子和COO^-）之间的相互作用相一致。总的来说，结果表明了玻璃态凝胶的溶剂增韧机制（图3）。溶剂中的离子作为交联剂，通过强静电相互作用将聚合物链连接起来。单体（AA）与溶剂（PP）的物质的量比，nAA/nPP，控制凝胶从柔软和可伸展、坚硬和韧性，到坚硬和脆弱的机械行为（图3a，补充图3和补充表1）。当物质的量比较低（nAA/nPP<2.25，即Cm<4.5 M）时，每单位体积的聚合物链数量较低。因此，链之间的静电交联较少，导致凝胶柔软且高度可伸展，具有较低的Tg（例如，对于4.0 M，为14.6°C，图3b）。当物质的量比增加时（2.25≤nAA/nPP<4.06，即4.5 M ≤ Cm<6.5 M），每单位体积的聚合物链数量增加，而链之间的距离减小。这使得更多直接的静电相互作用物理上交联链，形成一个玻璃态凝胶，使凝胶具有凝胶般的伸展性和热塑性塑料般的刚性（图3b）。PP的阳离子直径约为聚合的AA重复单位长度的三倍，这可以解释这些比率的大小。增加nAA/nPP≥4.06（Cm ≥ 6.5 M）进一步缩短链间距离，允许溶剂介导的交联，但溶剂不足以提供可伸展性，导致形成具有高屈服强度和断裂强度，但是脆性破坏的类玻璃网络（图3b）。a，玻璃态凝胶的标准化杨氏模量、断裂应变和韧性随单体（AA）到离子液体溶剂（PP）的物质的量比nAA/nPP的变化。随着物质的量比的变化，凝胶的机械行为从柔软和可伸展（类凝胶），到坚硬和韧性（玻璃态凝胶），再到坚硬和脆性（类玻璃）。b，当nAA/nPP较低时，链被过量溶剂分离，形成柔软的凝胶。随着物质的量比增加，链之间形成更多的溶剂交联，形成玻璃态凝胶。进一步增加nAA/nPP，形成足够的交联以生成刚性网络，但溶剂不足以提供延展性，从而形成脆性玻璃。c，玻璃态凝胶PAA-PP-6.0 M的拉伸应力-应变曲线分为四个阶段（i-iv）。d，玻璃态凝胶在拉伸过程中的变形机制。
图3c,d 展示了玻璃态凝胶在拉伸过程中的机械行为。以PAA-PP-6.0 M凝胶为例，应力-应变曲线被划分为四个阶段（图3c,d）。在低应变（阶段i）时，由于强非共价相互作用，网络是弹性的且具有很高的杨氏模量（即斜率）。在阶段ii，非共价相互作用的网络发生屈服，链开始伸长，应力下降。在阶段iii，样品形成一个稳定的颈部并经历冷拉伸过程至其拉伸极限。结果是，应力几乎成平台状（约26 MPa），而应变从50%显著增加到350%。在阶段iv，聚合物网络中的共价键断裂，玻璃态凝胶失败。溶剂交联也可以发生在其他聚合物和离子液体中。我们用三种不同的离子液体合成了PAA凝胶：磷酸三丁基（甲基）甲基硫酸盐（PS）、1-乙基-3-甲基咪唑二甲基磷酸盐（NP）和1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐（NS）（补充图1）。这些离子液体的选择基于这样的逻辑：PS具有与PP相同的阳离子，NP具有与PP相同的阴离子，NS几乎具有与NP或PS相同的阳离子或阴离子（但与PP不同）。这三种离子液体都形成了具有单一Tg和羧基中碳的^13C NMR化学位移，与PAA-PP凝胶相似的均匀PAA玻璃态凝胶（补充图9）。此外，这些PAA玻璃态凝胶表现出类热塑性塑料模量（约1 GPa）、屈服强度（>35 MPa）和凝胶般的伸长（>300%应变）（图4a）。与PAA-PP相似，使用PS、NP和NS形成的网络的力学性能依赖于物质的量比（图4b，补充图10-12和补充表3-5）。通过混合不同的离子液体来控制它们与聚合物链的相互作用，进而控制溶剂交联，玻璃态凝胶的力学性能也可以大幅调节（补充图13）。图4 玻璃态凝胶的通用策略
a，不同离子液体的PAA凝胶的拉伸应力-应变曲线均表现为坚韧和玻璃态。b，PAA-NS凝胶的标准化杨氏模量、韧性和断裂应变随AA到NS（nAA/nNS）的物质的量比的变化。c，PHEA-PP-6.0 M和PHEMA-PP-5.5 M凝胶的拉伸应力-应变曲线。插图，PHEA-PP-6.0 M凝胶的拉伸曲线放大图。d，PHEA-PP和PHEMA-PP凝胶的标准化韧性随单体到PP（nmonomer/nPP）的物质的量比的变化。高极性和低极性分别指凝胶中PHEMA和PHEA聚合物的极性。为了进行清晰的比较，PHEA-PP和PHEMA-PP凝胶都基于PHEMA-PP凝胶的最大韧性进行了标准化。在b和d中，随着物质的量比的变化，所有材料的机械行为（除了PHEA-PP）从柔软和可伸展（类凝胶），到坚硬和韧性（玻璃态凝胶），再到坚硬和脆性（类玻璃）。数据上的误差棒显示了来自三个独立样本的标准偏差。
在图1-3中展示的溶剂交联策略是通过离解的AA单体的离子-离子相互作用来实现的。然而，离子-偶极相互作用也可以应用于无法离解的聚合物来增强其韧性。研究了两种不像AA那样容易离解的单体，2-羟乙基丙烯酸酯（HEA）和2-羟乙基甲丙烯酸酯（HEMA）（补充图1）。两者都形成了具有单一相的均匀凝胶（补充图14）。然而，与PHEA-PP-6.0 M（杨氏模量为0.25 MPa，断裂强度为0.4 MPa）相比，相似的单体到离子液体物质的量比下，PHEMA-PP-5.5 M的杨氏模量（560 MPa）和断裂强度（21 MPa）远远超过前者（图4c）。值得注意的是，在所有研究的浓度下，PHEA-PP网络保持柔软，而PHEMA-PP网络在物质的量比超过2.67时明显增韧，显示出玻璃态行为（图4d，补充图15和补充表6和7）。PHEA-PP和PHEMA-PP的不同机械性能很可能源自它们极性的区别，这一点已经通过研究其他单体得到进一步验证（补充图16和17和补充说明1）。总之，形成玻璃态凝胶需要：（1）溶剂与聚合物链强烈相互作用以形成物理交联，通过修改单体的极性和变化离子液体溶剂中的离子，可以调节相互作用强度；（2）适当的单体到离子液体的物质的量比（即nmonomer/nionic liquid），以在不损害延展性的情况下优化溶剂交联的密度。在较低的单体到离子液体物质的量比下（即较高的溶剂含量），离子液体将聚合物塑化形成凝胶，通过将聚合物链进一步分开，而溶剂太少则不赋予聚合物延展性（即脆性玻璃）。在这里研究的材料中，最佳物质的量比约为3-5。确切值应取决于单体和离子之间的分子大小和相互作用强度。除了卓越的机械性能外，溶剂交联还赋予玻璃态凝胶几种功能，包括异常的粘合性能、形状记忆和自愈合（扩展数据图3，补充图18和补充视频5-7），这些已在补充说明2中讨论。离子液体的显著热稳定性使得玻璃态凝胶可用作焦耳热驱动夹持器（补充图19，补充视频8和补充说明3），而离子液体的适度导电性使这些材料与大多数玻璃态聚合物不同（补充图20）。因此，这些材料可以在电子、电池和传感器中找到应用。补充图2 a部分：离子键赋予表面强大的粘附力，尽管它们很坚硬且呈玻璃态（中间部分：金属球直径由左至右依次为0.25英寸、0.5英寸和1英寸）。b部分：受加热诱导的形状记忆（宽度=4毫米，长度=4.7厘米）。比例尺为10毫米。c部分：自愈合行为。在80摄氏度加热60秒后，凝胶会重新融合在一起且能够承载500克的悬挂重物。凝胶和孔的直径分别为12毫米和3毫米。我们报道了一种通过简便的一步法过程制备的，具有高溶剂含量的玻璃态凝胶，在该过程中，凝胶通过溶剂在原位增韧。溶剂与聚合物链形成丰富的、强大的、但非共价的交联。通常情况下，高度溶胀的聚合物形成的凝胶是柔软的、弱的和可延展的。相比之下，这里报道的均匀玻璃态凝胶具有与热塑性塑料相似的模量和强度，但保持达到大应变和与高度溶胀凝胶相似的完全应变恢复能力。这些显著的机械性能源自丰富的静电相互作用（例如，离子-离子或离子-偶极相互作用）在室温下将网络置于玻璃态，使之可延展并在变形过程中耗散能量。因此，尽管高度溶胀，但玻璃态凝胶的Tg高于室温，使其具有形状记忆和自愈合能力。虽然玻璃态凝胶是玻璃状和坚硬的，但由于能够与界面形成强烈相互作用，溶剂赋予它们显著的粘合性能。根据单体和溶剂的比例及选择，以及温度，玻璃态凝胶可以变得更像玻璃或更像凝胶。玻璃态凝胶仅通过光聚合形成，但具有与常见塑料（如PE）相似的机械性能，而后者需要经过繁琐的合成和熔融加工。这些发现提供了一种创建一类新材料的简单途径，这些材料具有玻璃态聚合物、热塑性塑料和通过光聚合形成的凝胶的有吸引力的性质。购自Sigma的单体AA、HEA、HEMA、丙烯酰胺（AAm）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAAm）；丁基丙烯酸酯（BA）；共价交联剂MBAA；离子液体PP、PS、NP和NS；以及光引发剂I2959均按收到的状态直接使用，无需进一步纯化。玻璃态凝胶通过一步聚合法制备。在典型的程序中，特定浓度的AA（例如，Cm=6.0M）、共价交联剂MBAA（0.1mol%，相对于Cm的浓度）和光引发剂I2959（0.05mol%，相对于Cm的浓度）溶解于PP中，形成均匀溶液。然后将溶液倒入夹在两片玻璃之间的模具中，并使用间隔隔开，然后在紫外光下（Intelliray 400, 60 mW cm−2）固化5分钟，以获得玻璃态凝胶。通过更换溶剂（即离子液体或水）或单体，使用相同的过程制备其他离子凝胶和水凝胶。值得注意的是，玻璃态PAA聚合物是通过在水中固化AA单体而没有MBAA制备的，然后在100°C下干燥直到其重量保持不变。我们还注意到，PAA聚合物的断裂应变大于文献中的数据，而杨氏模量较小，断裂强度几乎相同。这可能是因为PAA聚合物中有一些残余的单体或水，这使得它更柔软和可延展，但强度是由于聚合物主链。在图1a中，玻璃态聚合物和玻璃态凝胶的长度、宽度和高度分别为15.0mm、1.5mm和10.0mm，而凝胶的长度、宽度和高度分别为15mm、10mm和10mm。玻璃态凝胶和凝胶的单体浓度为6.0M，而玻璃态聚合物、玻璃态凝胶和凝胶的液体含量分别为0wt%、58wt%和56wt%。补充图3a 示意图展示了一种简单的一步法合成玻璃态凝胶的方法，该方法使用代表性的单体（AA）和离子液体（PP）。b和c，不同凝胶的透光率（b）和重量（c）变化。b部分的内嵌图展示了不同凝胶的照片（厚度=2毫米，直径=12毫米）。c部分数据上的误差条显示了三个独立样本的标准偏差。
