脱水-盐析策略实现高刚度与高韧性协同增强的聚乙烯醇水凝胶

《Nature Communications》：Stiffen and toughen poly(vinyl alcohol) gels via synergistic dehydration and salting out

　　

摘要

聚乙烯醇 (PVA) 水凝胶在生物医学、柔性电子、软机器等领域得到广泛应用。然而，由于其机械性能较差且难以平衡刚度和韧性，它们面临着显著的性能局限。本研究提出了一种结合脱水和盐析的策略，以开发兼具高刚度和高韧性的 PVA 水凝胶材料。脱水过程诱导形成了具有高结晶度的高密度聚合物网络，随后的有机溶剂辅助盐析效应调节了聚集结构，同时有效保留了晶体结构。所得水凝胶实现了 66.2 MPa 的拉伸应力、334.2 MPa 的刚度和 235.7 MJ m^?3 的韧性，展示了协同增强效果，解决了 PVA 水凝胶中长期存在的刚度 - 韧性权衡问题。本研究通过脱水 - 盐析策略显著提升了 PVA 水凝胶材料的机械性能，为设计高性能聚合物水凝胶提供了一种有效途径。