创新型新型粘合剂使性能翻倍 有望大大提升电动汽车电池的耐用性

创新型新型粘合剂使性能翻倍 有望大大提升电动汽车电池的耐用性 研究人员用聚（乙烯基膦酸）（PVPA）为锂离子电池中基于微氧化硅（SiO）的电极设计了一种高性能粘合剂，与传统方法相比，这种粘合剂提高了电化学性能和耐用性。资料来源：JAIST Noriyoshi Matsumi日本先进科学技术研究所（JAIST）的 Noriyoshi Matsumi （松见纪佳）教授、博士生 Noriyuki Takamori、前高级讲师 Rajashekar Badam、Tejkiran Pindi Jayakumar 博士（前学生）以及丸善石化有限公司的研究人员最近在 2024 年 2 月 8 日的《ACS 应用能源材料》（ACS Applied Energy Materials）杂志上发表了一项研究、他们利用聚（乙烯基膦酸）（PVPA）作为微型氧化硅电极的粘合剂，实现了比传统电池更优越的性能。PVPA 的卓越性能据松见教授说："PVPA 粘合剂在延长高性能锂离子二次电池的寿命方面应该非常有用。特别是在电动汽车的应用中，人们对实现锂离子二次电池的长寿命有着浓厚的兴趣。PVPA 的使用将为聚丙烯酸（PAA）和聚偏氟乙烯（PVDF）等市售粘合剂提供更好的替代品"。该研究涉及制造含有 PVPA、PAA 和 PVDF 作为粘合剂的电极，并通过电化学实验和密度泛函理论对其性能进行了评估。与传统的 PAA（2.03 N/m）相比，PVPA 对铜支持物的附着力（3.44 N/m）明显更强，从而显著提高了锂离子电池的耐用性。与 PAA 电池相比，基于 PVPA 的电池在 200 次循环后的放电容量几乎是后者的两倍，基于 PVPA 的半电池在相同的循环次数后可达到 1300 mAhg-1SiO。与 PVDF 或 PAA 粘合剂不同的是，即使经过 200 次充放电循环，扫描电子显微镜也没有观察到集流器剥落。此外，PVPA 更强的附着力有助于稳定基于氧化硅的阳极，即使在体积显著膨胀的情况下也能防止其剥落。合作与专利此外，丸善石化有限公司（其研究人员也是研究的一部分）已经建立了 PVPA 的工业生产流程。JAIST 与丸善石化有限公司之间的持续合作，以及该公司提供的其他电池生产专业技术，可能会进一步加快该工艺在实际生活中的应用。JAIST 和丸善石化有限公司已在国内（日本）和国际上联合申请了该技术的专利。"这种工业上可行的高性能粘合剂将有助于高耐用性和高能量密度电池技术的开发。这将使电动汽车在全球范围内得到更广泛的应用，而无需担心电池性能会在较长时间内下降。未来，这些材料还可应用于火车、轮船、飞机等各种电动汽车。"总之，科学家们利用聚（乙烯基膦酸）为锂离子电池中的氧化硅阳极开发出了一种功能性粘合剂。与传统方法相比，这种低成本粘合剂提高了性能，是电动汽车及其他领域基于微型氧化硅的应用的新进展。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案

哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案 这幅插图重点展示了两种水凝胶（蓝色显示）如何通过壳聚糖薄膜（橙色显示）以不同方式结合在一起。形成的粘结异常牢固，可以抵抗高张力。资料来源：Peter Allen、Ryan Allen 和 James C. Weaver。在临床实践中，水凝胶已被用于抗病原体的治疗性给药，眼科中的眼内镜、隐形眼镜和角膜假体，组织工程和再生中的骨水泥、伤口敷料、凝血绷带和三维支架。然而，水凝胶聚合物之间的快速强力粘附仍是一项尚未解决的需求，因为传统方法往往会在粘附时间超过预期后导致粘附力减弱，而且依赖于复杂的程序。实现聚合物的快速粘合可以带来许多新的应用，例如，可以对水凝胶的硬度进行微调，使其更好地贴合特定组织；按需封装用于医疗诊断的柔性电子器件；或为身体难以包扎的部位制作自粘性组织包裹。现在，哈佛大学维斯生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）和哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences，SEAS）的科学家们利用壳聚糖薄膜创造出了一种简单而多用途的方法，可以立即有效地粘合由相同或不同类型的水凝胶和其他聚合物材料制成的层。他们成功地将新方法应用于几个尚未解决的医学问题，包括组织的局部保护性冷却、血管损伤的密封，以及防止本不应相互粘连的身体内部表面发生不必要的"手术粘连"。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。"壳聚糖薄膜具有在体内和体外有效组装、微调和保护水凝胶的能力，为创造再生医学和外科护理设备提供了许多新机会，"该研究的资深作者、Wyss 研究所创始核心成员 David Mooney 博士说，"壳聚糖薄膜的应用速度快、简便、有效，使其成为用途广泛的工具和组件，可在手术过程中通常很短的时间内完成体内组装过程，并可在制造设施中简单地制造复杂的生物材料结构。"穆尼还是 SEAS 的罗伯特-平卡斯家族生物工程学教授。工程学的新纽带过去几年来，穆尼在威斯研究所和SEAS的团队开发出了"强韧粘合剂"，这是一系列再生医学方法，使用可拉伸水凝胶，通过强力粘附在湿组织表面并符合组织的机械特性，促进伤口愈合和组织再生。"精确配制的韧性粘合剂和非粘性水凝胶为我们和其他研究人员提供了改善病人护理的新机会。但是，为了将它们的功能更进一步甚至更多步，我们希望能够将两种或更多水凝胶组合成更复杂的组合体，并以简单的过程快速、安全地实现这一目标，"共同第一作者、前 Wyss 研究助理 Benjamin Freedman 博士说，他与穆尼一起带头开发了几种强韧粘合剂。现有的即时粘合水凝胶或弹性体的方法有明显的缺点，因为它们依赖于有毒胶水、表面化学功能化或其他复杂的程序。通过生物材料筛选方法，研究小组确定了完全由壳聚糖制成的桥接薄膜。壳聚糖是一种含糖聚合物，可以很容易地从贝类的甲壳素外壳中提取出来，目前已被广泛应用于商业领域。例如，它目前被用于处理种子和农业生物杀虫剂、防止酿酒过程中的腐败、自愈合涂料以及医疗伤口管理。研究小组发现，壳聚糖薄膜通过与传统水凝胶粘合方法不同的化学和物理相互作用，实现了水凝胶快速而牢固的粘合。壳聚糖的糖链不是通过单个原子之间的电子共享（共价键）来产生新的化学键，而是通过静电作用和氢键（非共价键）迅速吸收水凝胶层之间的水分，并与水凝胶的聚合物支架缠结在一起，形成多个键。这使得水凝胶之间的粘合力大大超过传统的水凝胶粘合方法。首次应用为了证明他们的新方法具有广泛的潜力，研究人员把重点放在了非常不同的医疗挑战上。他们的研究表明，用壳聚糖薄膜改性的韧性粘合剂现在可以很容易地缠绕在受伤手指等圆柱形物体上，作为自粘绷带提供更好的伤口护理。由于壳聚糖键合水凝胶的含水量高，因此应用这种水凝胶还可以局部冷却下层人体皮肤，这在未来可能会成为烧伤治疗的替代疗法。研究人员还将表面经过壳聚糖薄膜修饰的水凝胶（坚韧的凝胶）无缝地包裹在肠道、肌腱和周围神经组织上，而不与组织本身粘合。"这种方法为在手术过程中有效隔离组织提供了可能，否则会形成'纤维粘连'，有时会造成破坏性后果。"Freedman 解释说："预防纤维粘连是一项尚未满足的临床需求，而商业技术还无法充分满足这一需求。"在另一项应用中，他们在一种坚韧的凝胶上铺设了一层薄薄的壳聚糖薄膜，这种凝胶已经作为伤口密封剂置于受伤的猪主动脉上，以增加绷带的整体强度，因为绷带暴露在血管中血液搏动的周期性机械力之下。"戴夫-穆尼研究小组的这项研究为生物医学水凝胶设备的工程设计增添了一个新的维度，它可以为再生医学和外科医学中尚未解决的紧迫问题提供优雅的解决方案，让许多病人从中受益，"Wyss 创始董事、医学博士唐纳德-英格伯（Donald Ingber）说，他同时也是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学朱达-福克曼（Judah Folkman）教授和 SEAS 生物启发工程汉斯约格-威斯（Hansjörg Wyss）教授。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料 为了寻找一种性能更好的免洗替代品，韩国科学家最近将目光投向了贻贝和蚕。一段时间以来，研究人员一直在研究贻贝用来粘附潮间带岩石的天然粘合剂。这些研究的成果是生产出了这种粘合剂的合成版，可用于在潮湿环境中将物品粘合在一起。蚕也被放在显微镜下观察（无论是形象上还是字面上），因为蚕生产的丝纤维在强度上与蜘蛛丝不相上下，但却更容易生产（无论是天然的还是人工合成的）可用数量的丝纤维。韩国团队研制的新型敷料包含两层纳米纤维，分别由贻贝粘合蛋白（MAP）或一种被称为蚕丝纤维蛋白（SF）的蚕茧蛋白纺制而成。在直接与伤口接触的底层中使用了这两种纤维的组合。该层中的 MAP 纤维可确保良好的组织粘附性，而且还含有一种名为二羟基苯丙氨酸的化学物质，可促进血液凝固。敷料的表层完全由经过酒精处理的 SF 纤维组成，这些纤维有两个作用。首先，它们赋予敷料机械强度。其次，由于它们具有疏水性（拒水性），因此可以防止带有细菌的液体进入伤口下方，从而降低感染的几率。由于 MAP 和 SF 都具有生物相容性和生物降解性，敷料可以在体内无害溶解。在对老鼠进行的实验室测试中发现，使用这种敷料可以大大减少凝血时间和失血量。浦项科技大学（POSTECH）的Hyung Joon Cha教授说："我们已经验证了一种多功能局部粘合止血剂的卓越止血性能，这种止血剂来源于自然界，以人体内可降解的蛋白质为基础。我们将继续开展进一步研究，以评估其在实际病人护理或手术环境中的适用性。"有关这项研究的论文最近发表在《Small》杂志上，梨花女子大学和韩国天主教大学的科学家也参与了这项研究。 ... PC版： 手机版：

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