在软材料科学领域,凝胶和弹性体的力学性能从根本上取决于聚合物链的交联与缠结。传统共价交联网络虽然能通过增加交联密度提升熵弹性,但往往同时导致材料变脆,陷入“越强越脆”的困境。此外,常规凝胶在加载过程中普遍存在显著的力学滞后和蠕变现象——即链段弛豫导致形变恢复缓慢,连续载荷下更会产生不可逆的链滑移和疲劳损伤。溶胀状态下的凝胶尤为脆弱,共价交联凝胶溶胀后变脆,而物理交联凝胶则可能溶解或丧失力学性能。如何在同一材料中兼得高熵弹性、抗撕裂性、大形变下的快速回弹以及溶胀后的力学稳定性,一直是该领域的重大挑战。
针对上述难题,苏州大学严锋教授、李维政教授团队提出了一种全新的“空间交联”策略,利用蜘蛛状八臂交联剂OTA(以及四臂TTB)构筑了具有近理想弹性体特征的水凝胶。该凝胶在高达6000%的巨幅拉伸应变下仍表现出极低的滞后(SC-3在6000%应变下滞后为5.6%)和优异的抗蠕变性能,同时其断裂应变、韧性和裂纹扩展应变分别达到惊人的11080%(SC-1)、39.3 MJ m⁻³(SC-3)和8207%(SC-1)。更令人瞩目的是,该凝胶在完全溶胀状态(含水率90%)下仍能承受99%的极限压缩应变并瞬间回弹,且无蠕变现象。基于此材料制备的传感器实现了长期无漂移的精准信号输出,在人工血管、软体机器人等领域展现出巨大应用潜力。相关论文以“Hysteresis-Free Near-Ideal Elastic Gels”为题,发表在Advanced Materials上。
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