清华大学李晓雁Materials Today：芳纶纳米纤维增强可3D打印水凝胶复合材料

来源：材料人

利用3D打印制备出水凝胶表现出较高的拉伸特性，但强度和模量低、抗疲劳性差，从而限制了其在人造组织中的应用。清华大学航天航空学院李晓雁教授课题向可3D打印水凝胶前驱体溶液加入芳纶纳米纤维（ANFs），然后对该溶液施加紫外线照射，进而获得了ANFs增强的3D打印水凝胶复合材料。与纯水凝胶相比，0.3wt%ANF水凝胶复合材料的强度、断裂能和疲劳阈值同时提高了约10倍，模量提高了约30倍，断裂伸长率没有显著降低。水凝胶复合材料的模量、强度和疲劳阈值的提高是是由于自由基聚合过程中形成了芳纶纳米纤维和水凝胶链的混合网络，而断裂能的提高则主要与长链缠结和大量氢键的能量耗散机制有关。由于具有高的3D打印分辨率和良好的生物相容性，这些ANF水凝胶复合材料在生物体内的柔性电子器件中具有潜在的应用前景。该项研究为改善可3D打印水凝胶的力学性能提供了一种通用而有效的策略。研究成果以Strong, tough, fatigue-resistant and 3D-printable hydrogel composites reinforced by aramid nanofibers为题发表于Materials Today。

图1. 芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料的制备与表征

图2.芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料的单轴拉伸和断裂能测试

图3.芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料的疲劳性能测试

图4.芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料的3D打印、生物相容性和性能对比

图5.芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料作为柔性电子器件的应用

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.07.020