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蘇州大學(xué)嚴(yán)鋒團(tuán)隊(duì)Nature Materials：凝膠，新突破
  發(fā)布日期：2023-11-01

水凝膠、離子凝膠和有機(jī)凝膠被廣泛應(yīng)用于智能傳感器、致動(dòng)器、藥物負(fù)載、傷口愈合、組織工程和其他尖端應(yīng)用。凝膠或彈性體的使用范圍和使用壽命取決于其拉伸能力、彈性和對(duì)裂紋擴(kuò)展的不敏感性。然而，由于單網(wǎng)絡(luò)凝膠缺乏有效的能量消耗機(jī)制，聚合物鏈的斷裂會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。因此，人們采用了雙網(wǎng)絡(luò)、氫鍵、納米復(fù)合和結(jié)晶 等策略來增強(qiáng)凝膠。這些策略提高了凝膠的斷裂強(qiáng)度和韌性。然而，其犧牲結(jié)構(gòu)的能量耗散以及凝膠或彈性體在大變形下的可逆鍵導(dǎo)致明顯的滯后環(huán)。因此，凝膠的彈性被犧牲掉了。此外，裂紋尖端的應(yīng)力集中無法有效消散，導(dǎo)致裂紋災(zāi)難性地?cái)U(kuò)展。在大變形和不同載荷方向機(jī)械性能存在明顯差異的情況下，應(yīng)力集中導(dǎo)致的疲勞裂紋擴(kuò)展仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

在此，蘇州大學(xué)嚴(yán)鋒教授團(tuán)隊(duì)提出了一種納米限域聚合策略（NCP），用于在大變形范圍內(nèi)制備堅(jiān)韌且接近零滯后的凝膠。凝膠是在共價(jià)有機(jī)框架或分子篩的納米通道內(nèi)通過原位聚合制備的。納米通道的封閉性以及與聚合物片段之間強(qiáng)大的氫鍵相互作用是實(shí)現(xiàn)快速自加固的關(guān)鍵。剛性納米結(jié)構(gòu)可緩解裂紋尖端的應(yīng)力集中并阻止裂紋擴(kuò)展，從而提高凝膠的極限斷裂應(yīng)變、韌性和裂紋擴(kuò)展應(yīng)變。這種方法為合成凝膠提供了一種通用策略，克服了大變形和高彈性之間的傳統(tǒng)權(quán)衡。相關(guān)成果以“Nanoconfined polymerization limits crack propagation in hysteresis-free gels”為題發(fā)表在《Nature Materials》上，第一作者為李維政。

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