傳統(tǒng)水凝膠通常難以兼具剛性和韌性，極大地限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。過去十余年間，研究人員利用分子工程創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，試圖提升水凝膠的綜合力學(xué)性能。例如雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠可通過犧牲鍵耗散能量以增強韌性，但未能從根本上改善材料的韌性，經(jīng)優(yōu)化的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的韌性也很難超過10 MJ m-3，斷裂應(yīng)力通常僅為幾兆帕。因此，從分子到微米尺度設(shè)計、調(diào)控水凝膠的力學(xué)性能并解譯其增韌機制，對于創(chuàng)制兼具強度和韌性的先進水凝膠至關(guān)重要。
為了改善水凝膠的力學(xué)性能，南京林業(yè)大學(xué)金永燦、姜波團隊從現(xiàn)有的不同尺度水凝膠層狀結(jié)構(gòu)原理得到啟發(fā)，在微納和分子水平調(diào)控水凝膠結(jié)構(gòu)。提出了多溶劑高溫退火策略，用于構(gòu)建具有超強、強韌、可拉伸且抗疲勞特性的木質(zhì)素基超分子水凝膠。研制的水凝膠展現(xiàn)出高模量（74.4 MPa）、高韌性（90 MJ m-3）、高撕裂強度（34000 J m2）、高拉伸強度（24.8 MPa）以及高抗壓強度（60 MPa）。此外，這類木質(zhì)素基超分子水凝膠還表現(xiàn)出卓越的抗疲勞性、生物相容性以及活性氧清除活性。為開發(fā)模擬生物醫(yī)學(xué)承重材料（如天然肌腱和韌帶）的生物材料提供了一種新的設(shè)計策略和應(yīng)用潛力。該研究以題為“Multi-Solvent-Induced Gradient Aggregation Rendered Superstrong, Tough, Stretchable, and Fatigue-Resistant Lignin-Based Supramolecular Hydrogels”的論文發(fā)表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。
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