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熔点在室温以下的液态金属（LM），尤其是镓基合金，因其良好的流动变形性、低毒性被广泛关注。LM具有低熔点、高导电性、低粘度、良好流动性等特点，有望应用于柔性电子及柔性传感器等领域。清华大学化工系谢续明教授课题组将共晶镓铟锡合金（EGaInSn）这种液态金属通过超声分散然后原位引入聚丙烯酸（PAA）水凝胶。LM颗粒在室温下表面易形成Ga2O3氧化层，从而使它容易与PAA的羧基作用成为水凝胶中的动态交联点，提高了PAA水凝胶的力学性能。同时，具有良好流动性的LM颗粒在拉伸下随网络变化会发生变形、破裂，分裂成更多、更小的颗粒，随之成为新的动态交联点，使水凝胶网络交联密度增大，从而达到水凝胶网络自适应增强的效果。图1显示了LM含量对PAA-LM水凝胶拉伸性能的影响。
图1 LM含量对PAA-LM水凝胶拉伸性能的影响。
图2是将PAA-LM水凝胶进行间隔5分钟的循环拉伸的曲线。由于拉伸过程中动态键的可恢复性导致凝胶网络的不断均化，从第2圈起水凝胶的力学性能就在逐渐恢复，到第5圈已经恢复到和第一圈几乎相同。由于LM具有良好的流动性，和形成的动态交联的可逆性，在受到拉力作用时LM会发生变形、分裂成更多小颗粒，形成新的交联点，使交联密度增大，凝胶网络达到自适应增强的效果。如图3所示，通过控制合适的训练圈数、训练后的恢复时间，可以通过拉伸训练形成不同程度的自适应增强PAA-LM水凝胶。
图2 PAA-LM水凝胶间隔5分钟的循环拉伸。
图3 不同训练圈数以及训练后的恢复时间对PAA-LM水凝胶拉伸性能的影响。
图4的SEM图片表明，经过训练后的PAA-LM水凝胶与未经训练的凝胶相比，LM颗粒粒径更加小且在凝胶中的分布更加均匀，说明训练实现了凝胶自适应网络均化，从而有利于力学增强。
图4 训练前后PAA-LM的SEM照片。
由此可提出PAA-LM水凝胶受到训练时自适应的示意图，如图5所示。LM在拉伸下发生变形、破裂，分裂成更多更小的颗粒，形成新的交联点，使水凝胶网络的交联密度增大，达到自适应增强的效果。
图5 PAA-LM水凝胶自适应示意图 。
该工作即将发表在 Chinese Journal of Polymer Science上 。 高榕泽博士研究生是该论文的第一作者，谢续明教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金(基金号52273023，21774069)的资助。
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