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  近年來，各種各樣高強(qiáng)韌和自修復(fù)水凝膠被開發(fā)出來，大大拓展了水凝膠在生物及軟體機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用。目前對水凝膠的研究主要集中在新凝膠體系的開發(fā)，以及拉伸和斷裂行為的研究，而對這類凝膠應(yīng)力松弛機(jī)理的研究幾乎處于空白。對凝膠應(yīng)力松弛機(jī)理的深入理解有助于理解材料的斷裂行為。此外，理解凝膠的應(yīng)力松弛行為對其應(yīng)用也非常重要。例如，設(shè)計具有和生物組織類似或相同應(yīng)力松弛行為的凝膠能更好地作為人體組織的替代材料。

  本工作結(jié)合雙折射和小角X射線散射系統(tǒng)研究了一類聚兩性電解質(zhì)高強(qiáng)韌自修復(fù)水凝膠的應(yīng)力和結(jié)構(gòu)演化，并討論了100 nm尺度的相分離結(jié)構(gòu)和1 nm尺度的高分子鏈段在拉伸和松弛過程中的結(jié)構(gòu)演化。研究結(jié)果表明100 nm尺度的相分離結(jié)構(gòu)在拉伸過程中發(fā)生仿射形變，然而在拉伸停止后仍然后發(fā)生松弛，說明應(yīng)力和應(yīng)變在拉伸停止后進(jìn)行了重新調(diào)整分布。這對理解材料的應(yīng)力集中和缺陷形成有重要啟發(fā)。此外，本研究表明，在該凝膠中高分子鏈段松弛來自于離子鍵的破裂，而相尺度的松弛來自于多重離子鍵的協(xié)同作用。該工作還對凝膠松弛時間與其尺度的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了討論。

圖：聚兩性電解質(zhì)凝膠在拉伸和松弛過程中應(yīng)力和雙折射變化。

  以上成果發(fā)表于ACS Macro Lett (ACS Macro Lett. 2020, 9, 1582–1589). 第一作者為崔昆朋助理教授，通訊作者為龔劍萍教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00600