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A General Crosslinker Strategy to Realize Intrinsic Frozen Resistance of Hydrogels
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-09-02 , DOI: 10.1002/adma.202104006 Dong Zhang 1 , Yonglan Liu 1 , Yanghe Liu 2 , Yipeng Peng 3 , Yijing Tang 1 , Liming Xiong 3 , Xiong Gong 2 , Jie Zheng 1
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-09-02 , DOI: 10.1002/adma.202104006 Dong Zhang 1 , Yonglan Liu 1 , Yanghe Liu 2 , Yipeng Peng 3 , Yijing Tang 1 , Liming Xiong 3 , Xiong Gong 2 , Jie Zheng 1
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Development and understanding of antifreezing materials are fundamentally and practically important for materials design and delivery. However, almost all of antifreezing materials are either organic/icephobic materials containing no water or hydrophilic hydrogels containing antifreezing additives. Here, a general crosslinking strategy to fabricate a family of EGINA-crosslinked double-network hydrogels with intrinsic, built-in antifreezing and mechanical properties, but without any antifreezing additives is proposed and demonstrated. The resultant hydrogels, despite large structural and compositional variations of hydrophilies, electrolytes, zwitterions, and macromolecules of polymer chains, achieved strong antifreezing and mechanical properties in different environments including solution state, gel state, and hydrogel/solid interfaces. Such general antifreezing property of EGINA-crosslinked hydrogels, regardless network compositions, is likely stemmed from their highly hydrophilic and tightly crosslinked DN structures for inducing strong water–network bindings to prevent ice crystal formation from free waters in hydrogel networks. EGINA-crosslinked hydrogels can also serve as a key component to be fabricated into smart windows with high optical transmittance and supercapacitors with excellent electrochemical stability at subzero temperatures. This work provides a simple, blueprint antifreezing design concept and a family of antifreezing hydrogels for the better understanding of the composite–structure–property relationship of antifreezing materials and the fundamentals of confined water in wet soft materials.
中文翻译：
实现水凝胶固有抗冻性的通用交联剂策略
防冻材料的开发和理解对于材料设计和交付具有根本性和实际意义。然而，几乎所有的防冻材料要么是不含水的有机/疏冰材料，要么是含有防冻添加剂的亲水性水凝胶。在这里，提出并证明了一种通用的交联策略，用于制造具有内在、内置防冻和机械性能但没有任何防冻添加剂的 EGINA 交联双网络水凝胶家族。尽管亲水性、电解质、两性离子和聚合物链的大分子在结构和组成上存在很大差异，但所得水凝胶在不同环境（包括溶液状态、凝胶状态和水凝胶/固体界面）中均实现了强大的防冻和机械性能。无论网络组成如何，EGINA 交联水凝胶的这种一般抗冻性能可能源于其高度亲水和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强水网络结合以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。无论网络组成如何，很可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强水-网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。无论网络组成如何，很可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强水-网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强大的水网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强大的水网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。
更新日期：2021-10-20
中文翻译：
实现水凝胶固有抗冻性的通用交联剂策略
防冻材料的开发和理解对于材料设计和交付具有根本性和实际意义。然而，几乎所有的防冻材料要么是不含水的有机/疏冰材料，要么是含有防冻添加剂的亲水性水凝胶。在这里，提出并证明了一种通用的交联策略，用于制造具有内在、内置防冻和机械性能但没有任何防冻添加剂的 EGINA 交联双网络水凝胶家族。尽管亲水性、电解质、两性离子和聚合物链的大分子在结构和组成上存在很大差异，但所得水凝胶在不同环境（包括溶液状态、凝胶状态和水凝胶/固体界面）中均实现了强大的防冻和机械性能。无论网络组成如何，EGINA 交联水凝胶的这种一般抗冻性能可能源于其高度亲水和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强水网络结合以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。无论网络组成如何，很可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强水-网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。无论网络组成如何，很可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强水-网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强大的水网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。可能源于它们的高度亲水性和紧密交联的 DN 结构，用于诱导强大的水网络结合，以防止水凝胶网络中的自由水形成冰晶。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。EGINA 交联的水凝胶还可以作为制造具有高透光率的智能窗和在零下温度下具有优异电化学稳定性的超级电容器的关键组件。这项工作提供了一个简单的蓝图防冻设计概念和一系列防冻水凝胶，以更好地理解防冻材料的复合-结构-性能关系以及湿软材料中承压水的基本原理。
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