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無機(jī)物通常不具備構(gòu)筑生命體所需的良好柔韌性、可塑性和響應(yīng)性。絕大多數(shù)情況下，具有可調(diào)機(jī)械強(qiáng)度或摩擦學(xué)性能的類生命材料（如自適應(yīng)水凝膠）必須建立在輕而軟的有機(jī)分子上。換言之，如果能夠成功利用無機(jī)基元實(shí)現(xiàn)仿生軟材料的構(gòu)筑，必將是對材料科學(xué)和納米技術(shù)的有力補(bǔ)充。因其不僅可為創(chuàng)造全新的“無機(jī)生命體”提供可行性，還能克服傳統(tǒng)有機(jī)化合物易燃、有毒性和難以生物降解等缺點(diǎn)。

圖1. 水凝膠在不同pH下的微觀表征及結(jié)構(gòu)示意圖

近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐路特聘青年研究員團(tuán)隊(duì)首次研制出一種僅由氧化石墨烯和水組成的雙響應(yīng)型機(jī)械與摩擦學(xué)自適應(yīng)水凝膠。該純無機(jī)凝膠能夠基于pH或溫度誘導(dǎo)的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)，使自身機(jī)械強(qiáng)度或摩擦系數(shù)分別急劇或緩慢變化10倍、5倍以上。同時(shí)改變外部pH和溫度，則能誘發(fā)凝膠的機(jī)械與摩擦學(xué)性能發(fā)生更加顯著的變化。該行為能夠高仿真模擬肌肉或海參在感受外部刺激或生物信號下的力學(xué)或摩擦學(xué)性能變化。

該水凝膠在低pH值和室溫下呈現(xiàn)出優(yōu)異的潤滑抗磨性能，可與由傳統(tǒng)有機(jī)潤滑基礎(chǔ)油或添加劑所形成的凝膠相比肩。結(jié)合所使用氧化石墨烯凝膠因子的低毒性和生物降解性，以及該水凝膠易于制備的優(yōu)點(diǎn)，研究人員認(rèn)為這種新型自適應(yīng)水凝膠不僅能夠用于仿生領(lǐng)域，還可作為智能與綠色超分子凝膠潤滑劑，用于精確調(diào)諧材料表面的摩擦學(xué)性能，繼而在智能器件（如自清潔表面和微流體技術(shù)）的構(gòu)筑領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在應(yīng)用價(jià)值。

相關(guān)研究有望通過為制造完全不含任何有機(jī)分子的智能軟材料提供新的設(shè)計(jì)策略，繼而幫助擴(kuò)大材料科學(xué)、膠體化學(xué)和納米技術(shù)的研究范圍，甚至有望創(chuàng)造出“無機(jī)生命”。

圖2. 水凝膠在不同pH下的摩擦學(xué)及機(jī)械性能表征

圖3. 水凝膠的熱響應(yīng)性及pH和溫度對水凝膠機(jī)械和摩擦學(xué)性能的雙驅(qū)動行為

相關(guān)研究成果以 “Dual-Driven Mechanically and Tribologically Adaptive Hydrogels Solely Constituted of Graphene Oxide and Water” 為題發(fā)表在Nano Letters上(https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01489)。蘭州化物所胡璐琳助理工程師為該論文的第一作者，徐路特聘青年研究員和山東大學(xué)郝京誠教授為通訊作者。

該工作得到了蘭州化物所特聘人才計(jì)劃、煙臺先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。

參考資料：http://www.licp.cas.cn/sy2018/xwdt/kydt/202206/t20220616_6462178.html