基于微相分离双网络结构的高阻尼低滞后水凝胶在柔性防护与电子器件中的应用研究

为解决合成水凝胶难以兼具高弹性与阻尼性能的难题，研究人员通过超声微反应器技术构建了聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚乙烯醇(PVA)微相分离双网络水凝胶。该材料通过PDMS微球的双峰尺寸分布实现0.51的高损耗因子(tan δ)，分子动力学模拟揭示其能量耗散机制，在柔性电子皮肤和阻尼材料领域展现应用潜力。

　　

近年来，尽管高强度合成水凝胶层出不穷，但鲜有能像生物组织般同时具备优异弹性和阻尼特性的材料。韧性( toughness )与回弹性( resilience )之间的固有矛盾，使得兼具有效能量耗散和形状保持功能的水凝胶设计面临重大挑战。为此，这项研究创新性地采用超声微反应器技术，制备出具有微相分离特征的双网络水凝胶体系。

研究团队将端羟基聚二甲基硅氧烷( PDMS-OH )和正硅酸乙酯( TEOS )分散于聚乙烯醇( PVA )溶液中，利用超声空化效应触发无催化剂条件下的PDMS交联，形成球形网络结构( Network I )。随后通过冻融循环构建PVA物理交联网络( Network II )，最终获得PVA/PDMS双网络水凝胶。

特别值得注意的是，PDMS微球的双峰尺寸分布使水凝胶阻尼性能显著提升，损耗因子( tan δ )高达0.51，远超传统水凝胶。分子动力学模拟显示，这种特殊的粒径分布能增加PVA与PDMS网络间的摩擦作用，从而强化能量耗散机制。该材料还展现出优异的弹性、可回收性和生物相容性，在柔性电子皮肤( electronic skin )和先进阻尼材料领域展现出广阔应用前景。

图示摘要生动展示了PDMS( I )与PVA( II )网络形成的微相分离结构，这种独特构造赋予水凝胶卓越的阻尼性能和弹性特征，使其成为能量耗散领域的理想材料，并为柔性电子器件开发提供了新的材料选择。