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水凝膠是由三維聚合物網絡和水組成的一種類似生物組織的軟材料。它廣泛應用于組織工程、生物醫學設備、制動器、藥物傳輸、可拉伸電子器件和軟機器人等諸多領域。近年來，人們致力于制備力學剛度高、延展性強、韌性好、自愈性好的水凝膠材料。然而，這些方法往往使水凝膠具有更大的遲滯性，從而導致疲勞損傷。此外，制備工藝復雜、合成路線繁瑣、功能單一、模量不可控等大大限制了其更為廣泛的應用。因此，通過簡單的方法制備彈性模量可調、高彈性、多用途水凝膠仍然是一個挑戰。

四川大學李建樹教授和楚合濤教授團隊通過丙烯酰胺（AM）和PF127-DA在水溶液中共聚合制備了由溶劑誘導的動態膠束海島結構衍生的新型水凝膠材料。此水凝膠具有超拉伸（435 - 2716%, 10-40 wt %）、可變模量（0.36 - 112.79 MPa, 30 wt %）、堅韌（1.13-7.17 MJ m⁻³, 10-40 wt %）、低滯后（約10%, 30 wt %）、透明(27.98 -83.78%, 10-40 wt %)、形狀記憶（固定比率高達97%,恢復率高達100%, 10 wt %）的特點。這類新型水凝膠材料可用于應力傳感器、可拉伸電子器件和軟機器人中。該工作以題為“Ultra-Stretchable, Variable Modulus, Shape Memory MultiPurpose Low Hysteresis Hydrogel Derived from SolventInduced Dynamic Micelle Sea-Island Structure”發表在《Advanced Functional Materials》。

圖1 PAM/PF127水凝膠的合成原理圖及性能表征。（a） PF127-DA的合成；（b） PAM/PF127水凝膠的合成及其在水或乙醇中的微結構；（c）固含量為10 wt%的PAM/PF127水凝膠的性能測試，包括打結、彎曲、延性、拉伸、形狀記憶、自愈合、可變模量等。文章亮點：1、作者通過溶劑誘導的PF127-DA分子鏈的聚乙烯氧化物（PEO）片段的結晶和基體體積相變來實現可變模量和形狀記憶，這是一個可循環的純物理過程。2、作者采用PF127-DA膠束海島結構來優化力學性能，而不是通過引入犧牲鍵，體現了水凝膠材料的高韌性和低滯后性能。此外，PAM/PF127水凝膠對變形性、彈性、溶劑誘導的形狀記憶性和變模量特性均具有較高的靈敏度。3、作者對PAM/PF127水凝膠的微觀結構與性能進行了表征，證明了水凝膠的海島結構的存在，同時探討了在乙醇中結晶是由氫鍵離解引起的。

圖2 PAM/PF127水凝膠在水中的力學測試和結構分析。（a）在不同固含量下，PAM/PF127水凝膠的拉伸應力-應變曲線；（b）在不同固含量下，PAM/PF127水凝膠的韌性；（c）固含量為30 wt%的PAM/PF127水凝膠在不同應變下連續10次加載-卸載拉伸循環測試;d) 韌性-滯后圖；（e）不同固含量的PAM/PF127水凝膠的壓縮應力-應變曲線；（f）固體含量為30 wt%的PAM/PF127水凝膠在不同應變下連續10次加載-卸載壓縮循環測試；（g）聚丙烯酰胺、PF127- DA和30 wt%固含量的PAM/PF127水凝膠的FTIR光譜圖；（h）30 wt%固含量的PAM/PF127水凝膠的TEM圖像；（i）不同固含量的PAM/PF127水凝膠的SAXS曲線。