傳統水凝膠通常難以兼具剛性和韌性，極大地限制了其作為結構材料的應用。過去十余年間，研究人員利用分子工程創新結構，試圖提升水凝膠的綜合力學性能。例如雙網絡水凝膠可通過犧牲鍵耗散能量以增強韌性，但未能從根本上改善材料的韌性，經優化的雙網絡水凝膠的韌性也很難超過10 MJ m-3，斷裂應力通常僅為幾兆帕。因此，從分子到微米尺度設計、調控水凝膠的力學性能并解譯其增韌機制，對于創制兼具強度和韌性的先進水凝膠至關重要。
為了改善水凝膠的力學性能，南京林業大學金永燦、姜波團隊從現有的不同尺度水凝膠層狀結構原理得到啟發，在微納和分子水平調控水凝膠結構。提出了多溶劑高溫退火策略，用于構建具有超強、強韌、可拉伸且抗疲勞特性的木質素基超分子水凝膠。研制的水凝膠展現出高模量（74.4 MPa）、高韌性（90 MJ m-3）、高撕裂強度（34000 J m2）、高拉伸強度（24.8 MPa）以及高抗壓強度（60 MPa）。此外，這類木質素基超分子水凝膠還表現出卓越的抗疲勞性、生物相容性以及活性氧清除活性。為開發模擬生物醫學承重材料（如天然肌腱和韌帶）的生物材料提供了一種新的設計策略和應用潛力。該研究以題為“Multi-Solvent-Induced Gradient Aggregation Rendered Superstrong, Tough, Stretchable, and Fatigue-Resistant Lignin-Based Supramolecular Hydrogels”的論文發表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。
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