纳米粒子—水凝胶复合材料进展

顾名思义,纳米粒子—水凝胶复合材料是由纳米粒子和水凝胶通过各种各样的机制结合起来而形成的功能材料。现存的不同设计有三种:(a)无机或者高分子纳米粒子固定在微米或者纳米尺寸的水凝胶上;(b)纳米粒子通过非共价的相互作用固定在水凝胶基质上;(c)纳米粒子通过共价的相互作用固定在水凝胶基质上。Advanced Science发表了Xian Juh Loh(新加坡材料研究与工程研究所)及其合作者撰写的一篇关于这种有广泛应用前景材料的综述。这篇综述概述了这种复合材料的概念、设计和应用。作者希望这篇综述能作为一种“指南”用于选择合适的方法来获得所需的纳米粒子—水凝胶复合材料。此外,他们还阐述了这种材料的潜在应用以及在研发过程中可能面临的挑战。

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有五种方法可用于获得纳米粒子—水凝胶复合材料,作者首先详细介绍了这些方法。最简单的方法是使纳米粒子悬浮在形成水凝胶的单体溶液中而形成的悬浮液凝胶化。在两步处理法中,凝胶化也可以作为第一步,然后纳米粒子通过一种被作者描述为“吸入”的机制被物理结合到水凝胶中。纳米粒子也可以在水凝胶凝胶化之后被原位合成,纳米粒子前驱体在随后的转换时悬浮在凝胶中。一种特别新颖的方法是,在纳米粒子表面用交联剂基团去形成水凝胶基质,最终通过用一种独特的凝胶分子在水凝胶中形成带正电的聚合物从而形成了纳米粒子—水凝胶复合材料。

随后,作者概述了纳米粒子—水凝胶的不同类型及其应用。用于形成该复合材料的金属纳米粒子包括基于金、银、镍和铜的纳米粒子。已经有关于应用双金属的纳米粒子的报道,其中包括一种基于铁和钴的纳米粒子。这种基于金属纳米粒子的复合材料有很多潜在的医学应用,作者详细介绍了该方法。

金属氧化物纳米粒子也可以用于形成这种复合材料,这使得研究者们可以利用他们的铁磁性和半导体的性质。作者也简单概述了非金属纳米粒子(如石墨烯,量子点,硅)和聚合物纳米粒子(如胶束,纳米凝胶,树枝状大分子)在合成该种复合材料中的应用。

在接下来的几年内,对纳米粒子—水凝胶复合材料的设计研究将会增加我们对分子水平上材料间相互作用的理解。如作者认同的那样,这将会大大扩展这种有趣的材料的应用范围,也会使对这种新的复合材料的潜在性能的研究得以继续进行。

原文:Nanoparticle-hydrogel composites reviewed

翻译:曹明晶

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