近日，深圳大学化学与环境工程学院田雷团队在《Advanced Functional Materials》（自然指数期刊，影响因子18.5，中科院JCR一区，Top期刊）上发表了题为“Super Strong and Tough Hydrogels Constructed via Network Uniformization of Macromolecular Chains”的研究论文。文章第一作者是深圳大学硕士生徐泳斌，共同第一作者中科院成都有机所博士生谭吉吉（田雷副教授指导的硕士研究生）和深圳大学博士生董韦良。深圳大学为本文第一通讯单位，田雷副教授为本文唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、深圳市科技重大专项、深圳市重点项目、广东省基础与应用基础研究基金、广东省教育厅项目、中石油创新基金等的支持。
水凝胶的聚合物网络在反应、成型过程中通常存在局部结构不均匀性，这种不均匀性为应力集中和裂纹扩展创造了条件。在水凝胶受到外力拉伸时，这些应力集中区域更易于发生断裂，导致材料的整体性能下降。通过提升聚合物网络的均匀性提升材料的力学性能，一直是水凝胶领域的重大挑战之一。
图1 聚合物大分子的均匀化构建过程是水凝胶超高性能的重要组成部分
本工作提出了一种利用旋转冰模板冻结铸造均匀聚合物网络的水凝胶的新方法。通过将这一过程与盐析密化相结合，制造出了在X和Y方向上都具有超过350 MJ/m³的卓越韧性、超高拉伸应力（20 MPa）和断裂应变（3000%）的水凝胶。
图2 大分子网络均匀化机理研究
旋转冰模板法赋予了PVA-PCL水凝胶在X和Y二维微观尺度上密集且均匀交织的微纤维网络，这使得水凝胶在不同方向上拉伸时展现出高度均匀和优越的机械性能。研究还展示了通过旋转冻结和盐析策略制备一系列相分离聚合物水凝胶的普适性。这些水凝胶展现出了比传统水凝胶更优秀的可拉伸性和力学强度。这些特性归因于有效的结晶域、相分离、坚固的氢键和均匀纤维网络的形成。
论文链接
https://doi.org/10.1002/adfm.202419161
