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  生物組織，如軟骨、肌腱、韌帶、皮膚和植物細胞壁，同時實現高含水量和高承載能力。高含水量能夠運輸營養物質和廢物，高承載能力為生物體提供結構支撐，而這些功能的實現離不開生物組織的納米微結構。近幾十年來，高含水量的合成材料得到了發展，但很少能夠實現高承載能力（圖 1A）。水凝膠由于彈性聚合物網絡，很難實現高模量。玻璃織物和水凝膠的復合材料具有高彈性模量和韌性，但其并不適合需要復雜形狀和精細結構的應用。

  作者進一步對一些實驗現象進行機理的討論。第一個實驗現象是在第三階段，水凝膠相和玻璃相都停留在納米量級不再繼續粗化。作者認為界面能和 PMMA-Water-AAc 單一相的彈性能之間的競爭是相粗化被阻止的原因。AAc 單體聚合所造成的混合熵的降低是相分離的主要驅動力。隨著 AAc 單體聚合成 PAAc，PMMA-Water-AAc 相轉變為兩相。新相的生長伴隨著 PMMA-Water-AAc單一相的變形。作者采用互穿網絡中的相分離模型進行分析，模型預測相的平衡尺寸與觀察到的大小一致。

  第二個現象是第三階段的納米復合材料在水中的溶脹平衡。在納米復合材料中，溶脹主要發生在凝膠相，但卻同時受限于玻璃相的塑性變形。在平衡狀態下，玻璃相中的殘余應力平衡了凝膠相中的滲透壓。作者通過模型預測的滲透壓為 12 MPa，與納米復合材料的屈服強度相當（圖 2D）。當接近溶脹平衡后，滲透壓降低到 ~ 3 MPa，小于玻璃相的屈服強度，因此納米復合材料不再膨脹。

  文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2203962119

  部分作者簡介：

  張國高，現哈佛大學工學院博士后（導師為鎖志剛教授），浙江大學化工學院博士（導師為謝濤教授）。在高分子材料拓撲結構以及軟材料力學領域開展研究，以第一及共一作者在 Science, PNAS, Nat. Commun., Angew., Adv. Funct. Mater. ACS Macro Lett., Extreme Mech. Lett.等雜志發表論文多篇。