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  水凝膠的增韌一直是備受關注的問題，20多年前提出的基于雙網絡水凝膠的能量耗散機制引領了強韌水凝膠的發展，但能量耗散無法快速恢復使得這些水凝膠具有較大的滯后性，這限制了其發展。純彈性凝膠雖然具有極優異的回彈性，但其弱的力學性能還不能讓人滿意。簡單實現高韌性，高回彈性的結合依然是水凝膠等軟材料實際應用中的必要條件。

  最近，上海交通大學王新靈教授團隊將傳統雙網絡水凝膠中第一網絡的化學交聯點替換為物理纏結點制備得到了高纏結雙網絡（HEDN）水凝膠。這種滑動纏結結構使水凝膠網絡在拉伸過程中形成高度均勻的取向結構，在90%含水量下，其拉伸強度高達3 MPa，斷裂能達到8340J m^-2，應變硬化能力可達47.5。此外，該水凝膠通過基于熵減形式的能量存儲獲得了幾乎100%的可逆回彈能力。高纏結雙網結構不僅克服了水凝膠高韌性和低遲滯之間的矛盾，更重要的是，它為纏結結構在高性能水凝膠中的應用提供了新的思路。論文的第一作者為上海交通大學化學化工學院博士生朱瑞鑫，相關成果以“Tough double network hydrogels with rapid self-reinforcement and low hysteresis based on highly entangled networks“為題，發表在Nature communications上。

水凝膠的力學性能 

  這種不采用任何能量耗散結構的純彈性水凝膠具有非常優異的力學性能，在90%的含水量下可以獲得接近3MPa的拉伸強度，大于8000 J/m²的斷裂能以及幾乎100%的回彈性。同時，這種網絡結構也獲得了類皮膚的物理性質—應變硬化，其應變硬化能力高于現有的絕大部分應變硬化水凝膠。

  由于密集的可滑移的物理纏結，含缺口的水凝膠在拉伸時可形成裂紋鈍化區，這避免了應力集中，阻止了裂紋發展，因此其具有高的斷裂能。

  HEDN水凝膠不含有任何能量耗散結構，外力拉伸水凝膠所施加的能量用于分子鏈的取向，撤去外力后，由于高分子鏈熵增的本質水凝膠網絡會恢復至最初始的狀態，因此，該水凝膠具有近乎完美的彈性。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45485-8