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為了提高(gao)水凝膠(jiao)拉伸性能就需(xu)要引入(ru)能量(liang)耗散機(jī)制(zhi)，傳統(tǒng)(tong)方法有設(shè)(she)計(jì)網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)、構(gòu)(gou)建復(fù)(fu)合材(cai)料和引入(ru)微凝膠增強(qiáng)(qiang)效應(yīng)(ying)（可視為兩相(xiang)復(fù)合凝(ning)膠）。但是(shi)在不引(yin)入其(qi)他合成(cheng)高分(fen)子的情況下，要(yao)提升(sheng)纖維素水凝膠(jiao)的拉(la)伸性能主要需(xu)從交聯(lián)策(ce)略著(zhe)手，設(shè)計(jì)出(chu)能量耗散(san)能力(li)強(qiáng)的(de)超拉伸(shen)網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)。目前對(duì)于水(shui)凝膠(jiao)的交聯(lián)(lian)策略主(zhu)要有三種(zhong)：物理交聯(lián)(lian)、化學(xué)交(jiao)聯(lián)和雙交(jiao)聯(lián)。常(chang)用的物理(li)相互作(zuo)用除了氫鍵外(wai)，還有(you)疏水相互(hu)作用、離(li)子相(xiang)互作用和主(zhu)－客體相互(hu)作用(yong)等。纖維素鏈(lian)上豐富的羥(qiang)基與(yu)纖維素的(de)三維立體構(gòu)象(xiang)促使纖維素水(shui)凝膠自帶氫鍵(jian)交聯(lián)(lian)和鏈間交(jiao)錯(cuò)纏(chan)結(jié)。2019年，Ｄ．Ｌｉｕ等人(ren)誘導(dǎo)大腸桿菌(jun)產(chǎn)生(sheng)大量的(de)細(xì)菌纖維素(su)，通過(guò)氫鍵直接(jie)交聯(lián)制(zhi)備水凝膠(jiao)。改性后的細(xì)菌(jun)纖維(wei)素水凝膠網(wǎng)絡(luò)(luo)致密但仍(reng)清晰，大拉伸率(lv)可達(dá)28.67％。另一方(fang)面，纖(xian)維素具有大量(liang)的氫鍵(jian)結(jié)構(gòu)，這(zhe)在很(hen)大程度(du)上限制了(le)室溫下它(ta)在水和有(you)機(jī)介質(zhì)中的溶(rong)解度(du)。隨著NaOH／尿素水體(ti)系、Ｎ-甲(jia)基嗎啉(lin)-Ｎ-氧化物(wu)水合物(wu)、離子液體等溶(rong)劑體系的開(kāi)(kai)發(fā)，通過(guò)(guo)重建再生(sheng)纖維素(su)分子間(jian)和分子內(nèi)(nei)的氫鍵，可(ke)以制(zhi)備再(zai)生纖維(wei)素水凝膠。2019年(nian)，Ｘ．Ｆ．Ｚｈａｎｇ等人用高濃(nong)度的ZnCl2離子溶液(ye)溶解棉纖維(wei)素，并將(jiang)離子化合物(wu)（ＺｎＣｌ２／ＣａＣｌ２）整合到(dao)纖維素(su)水凝膠網(wǎng)(wang)絡(luò)中(zhong)，得到Ｚｎ２＋／Ｃａ２＋／纖維素(su)配位鍵組成(cheng)的物(wu)理交聯(lián)水凝膠(jiao)，如圖１所示(shi)。這種新型纖(xian)維素(su)基水凝膠拉(la)伸率(lv)達(dá)到１２０．０％。

為了(le)保證纖維素(su)的穩(wěn)定結(jié)(jie)構(gòu)和(he)有效溶脹，凝(ning)膠過(guò)程(cheng)中，一(yi)般會(huì)加入(ru)化學(xué)交聯(lián)(lian)劑促進(jìn)(jin)三維網(wǎng)絡(luò)的共(gong)
價(jià)結(jié)(jie)合。目前報(bào)(bao)道多的化學(xué)(xue)交聯(lián)(lian)劑有環(huán)氧(yang)化物、烷基鹵(lu)化物(wu)和含環(huán)氧鹵化(hua)基團(tuán)的(de)化合物(wu)等。鹵(lu)代烷與纖維(wei)素反應(yīng)需要(yao)較強(qiáng)的堿(jian)性環(huán)境，因此實(shí)(shi)際操作中常用(yong)含環(huán)氧鹵化(hua)基團(tuán)的化合(he)物 （如環(huán)氧氯丙(bing)烷）進(jìn)行化(hua)學(xué)交聯(lián)。2019年，Ｘ．Ｃｕｉ等(deng)人以豆渣(zha)中提取的(de)纖維素為(wei)原料，通(tong)過(guò)向其中加(jia)入環(huán)氧氯(lv)丙烷 （ＥＣＨ）與無(wú)水葡(pu)萄糖單元 （ＡＧＵ），制備(bei)了具(ju)有良好機(jī)(ji)械性能的(de)纖維素水凝(ning)膠。通過(guò)改(gai)變水凝(ning)膠的含水量(liang)，可調(diào)節(jié)機(jī)械性(xing)能，其大(da)拉伸(shen)率可達(dá)107％?；瘜W(xué)(xue)交聯(lián)水凝膠(jiao)也可以在交聯(lián)(lian)劑的存在下，通(tong)過(guò)單體自由基(ji)聚合得到(dao)，自由基(ji)聚合具(ju)有高反應(yīng)活(huo)性和對(duì)(dui)水環(huán)境(jing)的要(yao)求相對(duì)(dui)溫和等(deng)優(yōu)勢(shì)(shi)。2019年，Ｒ．Ｐ．Ｔｏｎｇ等(deng)人通過(guò)(guo)醚化改性在(zai)NaOH／尿素水溶液中(zhong)制備烯丙基纖(xian)維素，再(zai)由熱引發(fā)自(zi)由基聚合得(de)到纖維素水(shui)凝膠(jiao) （ＣＩＨ），其具(ju)有高(gao)可拉伸性 （拉伸(shen)率126％）。通(tong)過(guò)合(he)理調(diào)整化學(xué)(xue)交聯(lián)密度，還可(ke)以控制水凝膠(jiao)的各項(xiàng)性能(neng)。此外(wai)，該 ＣＩＨ 可(ke)以作為可(ke)靠和穩(wěn)(wen)定的應(yīng)變傳感(gan)器，并已成功用(yong)于監(jiān)測(cè)人(ren)類活動(dòng)(dong)。

雙交聯(lián)水(shui)凝膠具(ju)有突出(chu)的性能優(yōu)勢(shì)，2016年(nian)，Ｄ．Ｚｈａｏ等人利用環(huán)氧(yang)氯丙烷加氫鍵(jian)交聯(lián)方(fang)法制備了雙交(jiao)聯(lián) （ＤＣ）纖維素(su)水凝膠(jiao)，如圖２所(suo)示。研究了 ＤＣ纖維(wei)素水(shui)凝膠中(zhong)化學(xué)交聯(lián)域(yu)和物理交聯(lián)(lian)域的形成(cheng)和空間分布(bu)，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧氯(lv)丙烷與(yu)葡萄糖單元的(de)物質(zhì)的量(liang)的比和(he)乙醇水(shui)溶液的(de)濃度(du)是調(diào)(diao)控 ＤＣ纖維素(su)水凝膠(jiao)力學(xué)性能的(de)兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)(shu)。2019年，Ｄ．Ｄ．Ｙｅ等(deng)人設(shè)計(jì)了一(yi)種綠(lv)色路線(xian)來(lái)制備(bei)超堅(jiān)(jian)韌的(de)再生纖(xian)維素薄(bao)膜，在堿(jian)／尿素水溶(rong)液體系(xi)中溶解纖維(wei)素，向其(qi)中直接(jie)引入氫鍵(jian)，風(fēng)干(gan)后進(jìn)(jin)行結(jié)構(gòu)(gou)致密化(hua)處理(li)，水凝(ning)膠的強(qiáng)度得(de)到了提(ti)高，但拉伸(shen)率僅(jin)達(dá)到12.4％。為了得(de)到超(chao)拉伸率的(de)純纖維素水凝(ning)膠，再(zai)引入化學(xué)交聯(lián)(lian) （環(huán)氧氯丙烷）加(jia)氫鍵(jian)的組合(he)形式，使(shi)棉纖維素的(de)拉伸(shen)率由僅(jin)有氫鍵交聯(lián)(lian)時(shí)的12.4％提升(sheng)到了(le)44.1％。通過(guò)(guo)長(zhǎng)短(duan)鏈和內(nèi)外(wai)層結(jié)(jie)構(gòu)設(shè)計(jì)(ji)，制備出(chu)雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的(de)水凝膠，外(wai)層短鏈增加(jia)損耗模量的(de)同時(shí)，內(nèi)層長(zhǎng)鏈(lian)交錯(cuò)纏繞(rao)，大幅度(du)提高了(le)水 凝 膠 的(de) ?大 拉 伸(shen) 率。2019年，Ｄ．Ｄ．Ｙｅ等人(ren)通過(guò)纖(xian)維素與低分子(zi)量和高(gao)分子量交聯(lián)劑(ji)的序貫反(fan)應(yīng)，構(gòu)建了化學(xué)(xue)雙交聯(lián)纖(xian)維素水(shui)凝膠 （ＤＣＨ），得到了(le)相對(duì)短鏈和(he)長(zhǎng)鏈的交聯(lián)(lian)網(wǎng)絡(luò)。他們提(ti)出了ＤＣＨ 的加固機(jī)(ji)理，短鏈(lian)交聯(lián)的(de)斷裂(lie)有效地分(fen)散了(le)機(jī)械能(neng)量，而長(zhǎng)(zhang)鏈交聯(lián)(lian)維持了 ＤＣＨ 的彈(dan)性，因此，ＤＣＨ 的大拉(la)伸率達(dá)(da)到94.5％，此短鏈和(he)長(zhǎng)鏈交聯(lián)的雙(shuang)網(wǎng)絡(luò)對(duì)(dui)纖維素水(shui)凝膠(jiao)力學(xué)性能(neng)的提(ti)高起到了(le)重要作用(yong)。2019年，Ｒ．Ｐ．Ｔｏｎｇ 等人在(zai)自由(you)基聚合得到纖(xian)維素水凝(ning)膠的基礎(chǔ)上，將(jiang)水凝(ning)膠浸入飽和(he)ＮａＣｌ溶液中進(jìn)行(xing)物理交聯(lián)，制(zhi)備物化雙交(jiao)聯(lián)纖維素水凝(ning)膠，其大拉伸(shen)率達(dá)到(dao)了236％。值得一提(ti)的是，該水(shui)凝膠(jiao)應(yīng)變傳感器在(zai)測(cè)量(liang)手臂和(he)手腕的彎曲(qu)等常規(guī)(gui)動(dòng)作時(shí)信(xin)號(hào)穩(wěn)定、效果良(liang)好，并(bing)在－２０℃時(shí)仍具(ju)有良好的(de)拉伸性能，為柔(rou)性電子器(qi)件在大范圍溫(wen)度下的應(yīng)用提(ti)供了參(can)考。截至目前，已(yi)有很(hen)多關(guān)于物理(li)或化學(xué)策略用(yong)來(lái)構(gòu)建有(you)效能量耗散(san)機(jī)制的(de)纖維素基水凝(ning)膠的研究(jiu)。已報(bào)道(dao)的水凝膠的(de)各種交聯(lián)策(ce)略及其拉(la)伸率的對(duì)應(yīng)(ying)關(guān)系(xi)如表１所示。

在交聯(lián)方(fang)法已經(jīng)(jing)確定(ding)的情況下(xia)，還可以通過(guò)設(shè)(she)計(jì)幾何結(jié)構(gòu)來(lái)(lai)滿足在實(shí)際(ji)應(yīng)用時(shí)的超拉(la)伸要求。常
見(jiàn)的可拉伸(shen)結(jié)構(gòu)有：島橋(qiao)、波浪／皺 紋(wen)、紡織和(he)剪紙。對(duì)于(yu)水凝(ning)膠，常采用波浪(lang)結(jié)構(gòu)(gou)來(lái)提升其在(zai)應(yīng)用時(shí)(shi)的拉(la)伸率。以纖維(wei)素水凝膠為(wei)例，在制備(bei)器件之前，先把(ba)水凝膠進(jìn)(jin)行預(yù)拉伸(shen)，然后將已被拉(la)伸的水(shui)凝膠與其他(ta)器件進(jìn)(jin)行組(zu)合，隨后水(shui)凝膠收縮(suo)為波浪結(jié)構(gòu)。在(zai)施加應(yīng)(ying)變的情況下(xia)，水凝膠可以產(chǎn)(chan)生及時(shí)充(chong)分的(de)形變(bian)且不被破壞(huai)，從而使整(zheng)個(gè)襯底具備(bei)更強(qiáng)的拉伸(shen)能力(li)。

摘自：《電(dian)子皮(pi)膚用纖(xian)維素水凝膠的(de)研究進(jìn)展》 微納(na)電子技術(shù)