Science | 水凝胶弹性体增韧的新途径

主要观点总结

本文介绍了在材料科学领域，功能性软材料面临的核心挑战在于如何同时实现柔软性与韧性。Wang和Kim等人的研究提供了两种创新方法来增强软聚合物的韧性。这两种方法避免了传统方法中韧性与损伤或形状稳定性之间的权衡，为生物医学设备、可穿戴电子产品和软体机器人等领域提供了更可靠的材料选择。

关键观点总结

关键观点1: Wang等人的方法利用化学反应延长聚合物链的长度以增强材料承受变形的能力。

利用力驱动的化学反应使聚合物链变长，从而提高材料承受大变形的能力。

关键观点2: Kim等人的方法通过物理相互作用，特别是单个聚合物链的滑动机制，实现了材料韧性的显著提高。

通过允许聚合物链受控滑动，材料能够在保持结构完整性的同时承受大变形。

关键观点3: 水凝胶弹性体增韧的基本原理在于其微观结构与宏观力学性能的关系。

弹性体由卷曲的长聚合物链构成，当材料受到拉伸时，聚合物链伸直，表现出类固体特性。

关键观点4: 研究者通过引入填料颗粒、牺牲键、双网络（DN）凝胶等方法来优化弹性体的力学性能。

但每种方法都有其局限性，如不可逆损伤、滞后效应等。

关键观点5: Wang等研究者提出了将DN结构与力敏感基团相结合的创新方法，通过在外力作用下发生结构转变的力敏感化学基团，实现聚合物的韧性增强。

这一设计使局部链条延展，有效延迟了材料失效，同时促进负荷向可拉伸网络的转移和重新分配。

关键观点6: Kim等人的研究表明，通过修改聚合物链间的连接方式，可以有效增加缠结与交联的比率，从而提高材料的韧性。

这种高缠结弹性体更类似于织物，遵循Lake和Thomas的经典理论。

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