我校联合培养硕士生在材料类Top期刊《Advanced Functional Materials》发表研究成果-德州学院

我校联合培养硕士生在材料类Top期刊《Advanced Functional Materials》发表研究成果

发布时间：2025-08-11

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近日，我校与山东理工大学联合培养硕士研究生赵可伟（导师：顾相伶教授），作为第一作者，以德州学院为第一完成单位在材料类Top期刊《Advanced Functional Materials》发表最新研究成果：基于抗衡离子调控策略开发出集功能切换、绿色回收与动态加密于一体的多功能水凝胶。

在健康监测领域，水凝胶材料因其优异的柔性和生物相容性备受关注。然而，传统水凝胶在力学性能、功能集成和可持续性方面的局限，长期制约着其实际应用。顾相伶教授创新性地提出抗衡离子调控策略，硕士生赵可伟等成功开发出集功能切换、绿色回收与动态加密于一体的多功能水凝胶，为突破这一技术瓶颈提供了新的解决方案。相关成果发表于材料领域Top期刊《Advanced Functional Materials》（SCI收录，中科院一区，影响因子：19），DOI: 10.1002/adfm.202514481。

该团队通过设计海藻酸钠-聚丙烯酰胺双网络结构，引入抗衡离子（Cl⁻/Ac⁻）调控金属离子（Fe³⁺/Ca²⁺）的配位行为。研究发现，高电荷密度的Fe³⁺可形成强配位网络，而Ca²⁺的配位动力学则显著受抗衡离子影响：Cl⁻促进快速交联形成致密界面，Ac⁻则实现可控释放构建均匀网络。这一发现突破了传统研究仅关注金属离子属性的局限，为水凝胶性能的精准调控提供了新思路。

基于该策略开发的水凝胶展现出卓越的综合性能：FeCl₃型水凝胶拉伸强度达0.52 MPa，较基体提升7.7倍；CaAc₂型水凝胶粘附力达9.5 kPa；CaCl₂型水凝胶兼具高导电性（15.1 S·m⁻¹）和超快响应（114 ms）。更引人注目的是，通过EDTA螯合可逆切换功能模块，五次循环后仍保持83.5%以上的力学性能，实现了“一胶多用”的可持续目标。

研究团队进一步挖掘Fe³⁺/Ca²⁺置换速率差异，开发出时间编程加密技术。实验显示，CaAc₂型水凝胶在FeCl₃溶液中18秒即可均匀显色，而CaCl₂型因致密表层仅显浅黄色，这种时空差异成功实现了“动态加密-定时解密”功能。该材料已成功应用于心电监测、手势识别等可穿戴场景，并构建了输出电压达63.7V的摩擦纳米发电机。

该研究建立了“抗衡离子-配位结构-性能调控”的新范式，不仅为多功能水凝胶设计提供了创新方法，更推动了柔性材料向智能化、绿色化发展。

该研究获国家自然科学基金（22375028）和山东省自然科学基金（ZR2023QB247）资助。论文第一作者为硕士生赵可伟，顾相伶教授为通讯作者。