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纖維素是一種取之不盡、用之不竭的天然高分子，其結(jié)構(gòu)為D型葡萄糖相互連接而成的線型剛性高分子鏈。纖維素的親水性、手性、生物降解性使之成為重要的材料原料，目前在化學(xué)新材料領(lǐng)域中占據(jù)一席之地。

武漢大學(xué)蔡杰與張俐娜研究團(tuán)隊(duì)最近用纖維素為原料制備了高強(qiáng)度、高韌性的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，這是科研界第一次開發(fā)出高強(qiáng)度、高韌性的纖維素水凝膠。

為了使凝膠材料獲得高強(qiáng)度性質(zhì)，研究者使用雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的思路進(jìn)行制備。具體方法為：先將纖維素溶解在氫氧化鋰/尿素的混合溶液中，隨后加入表氯醇作為交聯(lián)試劑，在一定時(shí)間后，就形成了第一個(gè)化學(xué)交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)。再進(jìn)行中和，這樣就形成了基于氫鍵、鏈纏結(jié)和纖維素II微晶水合物的的第二個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)。

研究者制備該雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備過程示意圖

得到的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠呈現(xiàn)透明或者是半透明的外觀，水含量在84-96%。值得一提的是，這種水凝膠可以折疊，壓力解除后可以迅速恢復(fù)原始形狀。

圖a&c：經(jīng)過單一化學(xué)或者物理因素交聯(lián)的水凝膠，受到較大壓力后凝膠破裂。圖b：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠

另外，這種凝膠具有很好的形狀可塑性。作為概念的展示，研究者將其制備成球狀。這個(gè)凝膠球具有很強(qiáng)的機(jī)械性能與恢復(fù)性能，甚至可以作為乒乓球來使用。

研究者用這個(gè)凝膠做成了一個(gè)乒乓球

隨后，研究者使用3D拉曼光譜、原子力顯微鏡等多種表征技術(shù)證明了材料的雙網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。

圖a&b：3D拉曼光譜中可以觀察到兩種不同的顏色，代表著雙網(wǎng)絡(luò)造成的兩種不同的化學(xué)微環(huán)境。圖c：單一化學(xué)或物理因素交聯(lián)的拉曼光譜圖。圖d：原子力顯微鏡圖像。

研究者希望這種材料可以作為新型的生物醫(yī)用材料，并對(duì)其他多糖類天然高分子材料的開發(fā)也有著借鑒意義。