비닐 변형 좁은 크기의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5089(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

나노에서 서브마이크로미터 크기의 재료가 결합된 고분자 하이드로겔은 신나는 차세대 복합 하이드로겔을 형성합니다. 하이드로겔의 적용 대부분은 매우 높은 수준으로 팽창하는 수성 환경에서 이루어집니다. 이는 고분자 사슬의 밀도가 낮기 때문에 물리적 강도와 향후 응용 측면에서 매우 열등합니다. 약한 기계적 특성을 해결하기 위해 하이드로겔은 화학적 가교제인 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MPTS) 변형 실리카 입자(MSO2)로 아크릴아미드(AAm) 네트워크를 강화하여 높은 인장 강도와 인성을 갖는 하이드로겔을 성공적으로 제조했습니다. MSiO2 가교제는 가교제 크기가 하이드로겔의 기계적 강도에 미치는 영향을 조사하기 위해 직경 100nm, 200nm 및 300nm의 좁은 분산 실리카 입자(SiO2)로 제조됩니다. MSiO2의 존재는 기존 하이드로겔에 비해 하이드로겔의 신축성 및 인성을 현저하게 증가시킵니다. 하이드로겔의 인장 강도, 인성 및 영률은 각각 30에서 11 kPa로, 409에서 231 kJ/m3, 0.16에서 0.11 kPa로 감소한 반면, SiO2 입자 크기는 100에서 300 nm로 증가하고 AAm의 농도는 증가했습니다. 및 MSiO2(%)는 일정하게 유지됩니다. 하이드로겔의 압축 강도와 인성은 각각 34kPa에서 18kPa로, 인성은 6kJ/m3에서 4kJ/m3로 감소하지만 영률은 0.11kPa에서 0.19kPa로 증가합니다. 이 연구는 MSiO2 가교결합제의 입자 크기를 조정하여 하이드로겔의 기계적 강도를 조절한다는 탁월한 증거입니다.

하이드로겔은 네트워크에 물이나 생물학적 유체를 다량 포함하여 부풀어 오르는 3차원 가교 고분자 네트워크입니다. 일반적으로 이러한 극도로 수화된 폴리머 구조는 변형될 때 탄성 및 점성 거동을 모두 나타내며 생물학적 조직의 구조와 유사합니다. 이는 다방면에 적용할 수 있는 다재다능하고 독특한 특성으로 인해 과학자와 기술자로부터 상당한 관심을 받아 왔습니다. 실용적인 적용을 위해서는 하이드로겔에 적절한 기계적 강도가 필요합니다. 불행하게도 대부분의 경우 기존 하이드로겔은 메쉬 크기 및 겔 네트워크 전체에 걸친 불균일한 가교 분포와 같은 여러 가지 이유로 기계적 강도가 열등합니다. 이 때문에 과학자들은 다양한 다차원 응용 분야에 사용할 수 있도록 신축성이 있고 기계적으로 견고한 하이드로겔을 만들기 위해 지속적으로 전문 지식을 확장하고 더 많은 시간을 투자하며 새로운 기술을 개발하고 있습니다.

1세대 기존 하이드로겔을 제조하기 위해 채택된 화학적 가교는 지나치게 약하고 부서지기 쉽습니다. 가장 효과적인 설계 원리는 변형에 따른 균열 확장과 손상을 방지하는 희생적 또는 가역적 결합을 조작하여 겔 매트릭스에 잠재적인 에너지 소산 모델을 구축하는 것에 기반을 두고 있습니다. 분자 수준에서 에너지 소산 메커니즘을 유도하기 위해 겔 네트워크 구조를 수정하여 높은 영률과 인장 강도를 갖는 2세대 하이드로겔이 개발되었습니다. 다른 모든 바람직한 특성을 변경하지 않고 하이드로겔의 기계적 강도를 높이기 위해 여러 가지 스마트하고 효과적인 기술이 이미 사용되었습니다. 토폴로지 하이드로겔11, 슬라이드 링 하이드로겔12, 나노복합체(NC) 하이드로겔13, 이중 네트워크 하이드로겔14 및 거대분자 미세구 하이드로겔15이 이러한 기계적으로 강한 하이드로겔의 가장 적합한 예라는 점은 언급할 가치가 있습니다. 이 중 NC 하이드로겔의 제조는 하이드로겔의 기계적 특성을 개선하고 응용 범위를 확대하는 데 특히 관심을 기울이는 다양한 연구 관심을 불러일으켰습니다.