化學所在構筑超硬超韌水凝膠材料方面獲進展

　　作為與生物組織最接近的合成材料，水凝膠具有獨特的軟濕性和優異的生物相容性。然而，傳統水凝膠的力學性能較弱，僅限于隱形眼鏡、傷口敷料、藥物遞送載體等非承重用途。近年來，科研人員著重發展了水凝膠力學性能的提升策略，展現出其作為承重材料應用于人造支撐組織、軟體機器人、制動器等領域的前景。作為承重材料通常需要水凝膠具備優異的綜合力學性能如兼具高模量與高韌性。盡管當前已發展了多種力學性能增強策略如雙網絡結構和雙交聯模式等，但水凝膠的模量（E）與韌性（Γ）之間仍然存在權衡制約關系（Γ ~ E^-1/2），兩者難以同時提高，且無法滿足承重材料的要求。因此，如何在水凝膠材料中融合高模量與強韌性仍是挑戰。  

　　中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室研究員邱東課題組提出了基于均勻動態交聯設計的力學性能增強策略，通過同時觸發并充分利用動態交聯域（如晶域）的抗形變和耗能機制，實現了高模量與強韌性的兼容。該工作采用鹽析輔助溶劑置換的方法，構筑了一類由均勻分布的高密度晶域交聯的聚乙烯醇水凝膠（PVA sal-exogels）。在受力過程中，均勻分布的高密度晶域既能在小應變下抵抗形變保持完整，又能隨著應變增加而逐漸熔融以耗散能量，從而實現了PVA sal-exogels模量（52.3 ± 2.7 MPa）和韌性（120.7 ± 11.7 kJ/m²）的協同增強，調和了二者之間的固有制約關系，超越了此前報道的眾多高性能水凝膠及彈性體材料。上述設計原則和策略可適用于多種高分子和鹽離子的組合，為構筑承重用高性能水凝膠提供了新方法。 

　　近日，相關研究成果發表在Advanced Materials上。研究工作得到國家自然科學基金和中科院的支持。 

　　論文鏈接 

基于均勻動態交聯設計的增強策略以及PVA sal-exogels的力學性能