多尺度结构工程技术使得超强且坚韧的共晶凝胶成为可能

《Nature Communications》：Multi-scale structural engineering enables ultra-strong and tough eutectogels

　　

摘要

在聚合物凝胶中同时实现强度、刚度和韧性的提升仍然是一个根本性挑战，这是因为能量储存与能量耗散之间存在热力学上的不兼容性。在这里，我们提出了一种多尺度调控方法，该方法将定向退火与深度共晶溶剂介导的溶剂交换相结合，从而在分子、纳米和微观尺度上精确调控聚合物网络。这种协调的层次化设计使得聚（乙烯醇）共晶凝胶表现出卓越的拉伸强度（62.2 ± 1.8 MPa）、杨氏模量（355.3 ± 32.9 MPa）和韧性（179.0 ± 11.1 MJ m^?3），分别比原始水凝胶提高了311倍、11843倍和597倍。增强的链间氢键作用、晶体畴的形成以及各向异性网络排列的协同效应使得该凝胶具有较高的抗断裂能力（131.5 ± 2.3 kJ m^?2）、15.9 kJ m^?2的疲劳阈值以及95.8%的阻尼效率，从而有效抵御冲击损伤。这种多尺度调控策略不仅为克服机械性能的传统权衡提供了有希望的解决方案，还为下一代软材料的设计建立了通用原则，这些材料在柔性电子、可穿戴设备和先进抗冲击系统等领域具有巨大应用潜力。