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(yōu)異的生物相容性。然而，傳統(tǒng)水凝膠的力學(xué)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(fā)展了水凝膠力學(xué)性能的提升策略，展現(xiàn)出其作為承重材料應(yīng)用于人造支撐組織、軟體機器人、制動器等領(lǐng)域的前景。作為承重材料通常需要水凝膠具備優(yōu)異的綜合力學(xué)性能如兼具高模量與高韌性。盡管當(dāng)前已發(fā)展了多種力學(xué)性能增強策略如雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和雙交聯(lián)模式等，但水凝膠的模量（E）與韌性（Γ）之間仍然存在權(quán)衡制約關(guān)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(zhàn)。  

　　中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實驗室研究員邱東課題組提出了基于均勻動態(tài)交聯(lián)設(shè)計的力學(xué)性能增強策略，通過同時觸發(fā)并充分利用動態(tài)交聯(lián)域（如晶域）的抗形變和耗能機制，實現(xiàn)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(gòu)筑了一類由均勻分布的高密度晶域交聯(lián)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(yīng)變下抵抗形變保持完整，又能隨著應(yīng)變增加而逐漸熔融以耗散能量，從而實現(xiàn)了PVA sal-exogels模量（52.3 ± 2.7 MPa）和韌性（120.7 ± 11.7 kJ/m²）的協(xié)同增強，調(diào)和了二者之間的固有制約關(guān)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(shè)計原則和策略可適用于多種高分子和鹽離子的組合，為構(gòu)筑承重用高性能水凝膠提供了新方法。 

　　近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院的支持。 

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基于均勻動態(tài)交聯(lián)設(shè)計的增強策略以及PVA sal-exogels的力學(xué)性能