納米纖維可以顯著提高材料的力學(xué)性能(né爸懂ng)，被(bèi)認為是制備混合水見從凝膠的理想剛性增強材料。但不透明關睡納米纖維在水凝膠基體中的層狀沉積或不均勻分布會(huì)導緻混合水凝膠的機械會的性能(néng)變低，透明度變差。在不影響透明性的前提下，制備一媽知種(zhǒng)堅韌、可拉伸、均勻的納米纖維增術了強離子導電水凝膠仍然是一項巨大的挑戰。

東華大學(xué)紡織學(xué)院丁彬請長、張世超團隊在《Advanced func兵光tional materials》上以站窗“In Situ Synthesis of Mec議通hanically Robust, Transpare外呢nt Nanofiber-Reinforced Hydr他費ogels for Highly Sensitive M友學ultiple Sensing”為題，報道(dào)了一種(城做zhǒng)具有機械和電子穩定性的透你要明納米纖維增強的SFRHs水凝膠。

研究團隊將(jiāng)二氧化矽納米纖維、乙烯基矽烷巧妙地整合章書入海藻酸鈉(SA)/聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠中，制備冷兵了一種(zhǒng)透明納米纖維增強的SFRHs水凝膠，其中PAM鍊通過(g下什uò)矽烷共價連接到(dào)二氧化矽納米纖維上，形成(chén得上g)堅固的界面(miàn)化學(xué)鍵。此外，二都業氧化矽納米纖維和PAM鍊之間的界面(miàn)笑近提供了非共價的相互作用(例如氫鍵)，在拉空習伸過(guò)程中可能(nén喝門g)會(huì)斷裂和重組，耗散能(néng)量并使水凝膠網絡均勻化內工。

SFRHs的制備

二氧化矽納米纖維的高長(chá議拿ng)徑比和納米纖維與水凝膠網絡之間穩定的界面(miàn)結懂上合，都(dōu)有助于SFRHs具有優異的力學(xué)性能(néng)章舊。研究團隊首先制備了不含矽烷的矽納米纖維增強水凝膠，界面(mià們司n)上隻存在物理鍵合，將(jiāng)此水厭老凝膠記為p-SFRHs。當矽納米纖維的長(cháng)徑比從50增加到(dà厭就o)400時(shí)，其力學(xué)強度有拿冷較大提高(從0.11 MPa增加到(dào)0.24 MPa)，這(z木為hè)可能(néng)與界面(miàn)強度的提高有關。友見

為了提高界面(miàn)負載傳遞效率，在納米放火纖維和水凝膠基體之間引入TMSPM些術A，將(jiāng)此水凝膠記為c-SFRHs。c-SFRHs的力算樂學(xué)強度為0.3 MPa，應變為1400關開%, 楊氏模量為0.11 MPa，其高模量是遠遠優于聽跳現有的具有相似的高含水量的可拉伸堅韌水凝膠。

為了深入了解納米纖維的增強機制，采用全原子分子動力學(xué)(MD)模拟火體方法，量化了L/d比和共價鍵對(duì)sfrh界面(miàn)性能(néng店厭)的影響。兩(liǎng)種(zhǒng)具有不同L/d比近讀的矽納米纖維p-SFRH5、p-SFRH10，以及額影大外引入TMSPMA的c-SFRH10被(b劇舞èi)作為三種(zhǒng)模型喝湖。結果發(fā)現随著(zhe)L/d比的增加，相互作用我車能(néng)從1135增加到(dào)2241 kJ·m數北ol-1，表明物理相互作用增強，如範德華力、庫侖力，以及短做矽納米纖維和水凝膠基質之間的氫鍵。引入穩定的共價鍵後(h上坐òu)，複合水凝膠的界面(miàn)能(néng)顯著提高到(dào)4線跳000 kJ·mol-1。此外，對(duì林麗)三種(zhǒng)模型的界面(miàn)要風摩擦進(jìn)行了拉拔模拟，以動能(習知néng)損失為基礎，計算了三種(zhǒn黑下g)模型的界面(miàn)摩擦力。c-SFRH10的最大摩擦力為3.3照不4 nN (p-SFRH5和p-SF機的RH10分别為1.06和1.87 nN)。這(zhè)種(zhǒn還志g)巨大的摩擦力使得矽納米纖維和水凝膠基體之間很難發(fā)事市生滑動，這(zhè)與觀察到(dào)的c-S器資FRHs表現出最高的模量和強度是一緻這為的。

SFRHs力學(xué)特性和強化機制

與p-SFRHs的小滞後(hòu)相比，c-SFRHs在加卸載循環實驗中科愛表現出更大的滞後(hòu)，而卸間對載後(hòu)的永久變形幾乎可以忽略不計，突出了其韌性和超錯事彈性。經(jīng)過(guò道水)1000次循環拉伸試驗後(hòu)，c-SFRHs的楊氏海話模量、最大應力和能(néng)量損失系數均沒(méi)有顯著下降。與志商脆性的傳統水凝膠相比，SFRHs顯示出強大的壓縮回彈性和高壓縮應議議力(90%應變時(shí)為2.6 MPa)。此外，我近它們可以在如此大的應變下被(bèi)反鄉從複壓縮而不會(huì)發(fā)生結構坍塌。另外，實驗發(fā)工資現随著(zhe)二氧化矽納米纖維含量的哥錢增加，阻抗逐漸降低，表明SFRHs的司鄉離子電導率呈不斷增加的趨勢。離子得能電導率的提高歸因于兩(liǎng)個效應：首先，非導電性二氧化矽納米纖維聽房在複合水凝膠中占有較小的體積，确保了離子在水中的高子湖遷移率。其次，具有高長(chá光理ng)徑比和酸性表面(miàn)(-OH基)的二氧化矽納米纖維吸引我友反離子，在整個水凝膠中形成(chéng)一個連續的高導電通道(亮話dào)。

SFRHs的超彈性和離子電導率

SFRHs在較寬的傳感範圍内具有較高的靈敏度和事低循環穩定性，可用于監測人體運動和脈搏跳動。SFRHs錯得能(néng)夠有效監測複雜而微小的水東外界刺激，比如書寫字迹等等，這(z到女hè)在字迹防僞等領域有重要的潛在應用價值。

SFRHs的傳感性能(néng)

論文題目：In Situ Synthesis of Mecha厭村nically Robust, Transparent Nanofibe讀她r-Reinforced Hyd物從rogels for Highly S票事ensitive Multiple Sensing

DOI: 10.1002/adfm.202103117村拿