具有多刺激响应行为和自修复能力的纤维素纳米晶增强聚乙烯醇水凝胶

摘要

【目的】水凝胶在生物传感器、伤口敷料、组织工程、药物控释和超级电容器等领域具有广泛应用前景。然而，传统聚乙烯醇（PVA）水凝胶功能较为单一且缺乏自修复能力，这在一定程度上限制了其应用范围。因此，赋予PVA水凝胶多刺激响应性和自修复能力，对于拓展其应用领域至关重要。【方法】通过在PVA中引入纤维素纳米晶（CNC）和硼酸酯键，并结合冻融处理，制备一种具有优异力学性能和多刺激响应行为的自修复PVA/CNC/四硼酸钠水凝胶（PCBs）。【结果】（1）CNC和四硼酸钠的加入可显著提高PCBs的力学性能。当PVA/CNC/四硼酸钠的质量比为10∶1.5∶1(PCB_0.1)时，PCB_0.1的抗拉强度是纯PVA水凝胶的4.4倍，且该凝胶具有良好的自修复能力，PCB_0.1的自修复效率达90%以上。（2）PCB_0.1具有多刺激响应行为。在温度、pH等外部环境刺激下，PCB_0.1表现出良好的可逆凝胶-溶胶转化特性。（3）当PCB_0.1的拉伸率从60%提高到220%时，PCB_0.1的光学性质发生显著变化，偏光下该凝胶的干涉色从蓝色逐渐变为绿色、黄色、红色和紫色。（4）PCB_0.1具有良好的离子响应性，对SO₄^2-、Ca²⁺表现出敏感性。【结论】通过简单共混PVA、纤维素纳米晶（CNC）和四硼酸钠，并结合冻融处理，成功制备了一种具有多刺激响应行为和自修复能力的PVA/CNC/四硼酸钠水凝胶。该水凝胶具有制备工艺简便、成本低廉、力学强度高和响应性能优异等优点，在多功能传感器和防伪材料领域展现出广阔的应用前景。

关键词

聚乙烯醇(PVA) / 水凝胶 / 纤维素纳米晶(CNC) / 冻融 / 自修复材料 / 多刺激响应行为 / 多功能水凝胶