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  生物組織，如肌腱或軟骨，具有很高的強(qiáng)度和韌性，并且在經(jīng)歷形變后仍能維持極小的塑性形變。相比之下，目前常用的增強(qiáng)增韌水凝膠的策略普遍利用基于物理鍵的能量耗散機(jī)制，這會導(dǎo)致較大的塑性形變，從而限制了它們作為承重部件的應(yīng)用。

  鑒于此，芬蘭阿爾托大學(xué)的研究人員提出了一種利用含有纖維網(wǎng)絡(luò)的互連雙網(wǎng)絡(luò)（fibrillar connected double networks, fc-DN）增強(qiáng)增韌水凝膠的策略。他們合成了一種水凝膠，其中聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)和丙烯酸酯改性瓊脂糖纖維網(wǎng)絡(luò)通過化學(xué)鍵牢固結(jié)合。這一設(shè)計(jì)使應(yīng)力能夠在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間有效傳遞，在形變過程中實(shí)現(xiàn)瓊脂糖纖維沿應(yīng)變方向高度取向排列，并增強(qiáng)了瓊脂糖分子鏈抽出效應(yīng)，兩者共同促成了水凝膠的高強(qiáng)度（8 MPa）和高韌性（55 MJ m^-3），而化學(xué)交聯(lián)則確保水凝膠在經(jīng)歷高應(yīng)變后能保持低塑性形變。相關(guān)研究成果以題為“Toughening hydrogels with fibrillar connected double networks”發(fā)表在《Advanced Materials》上。本文的通訊作者為阿爾托大學(xué)張航研究員，第一作者為阿爾托大學(xué)博士研究生Yu-Huang Fang。 

文章要點(diǎn)

  1. 利用丙烯酸酯改性瓊脂糖（AcAG）纖維作為大分子交聯(lián)劑，以丙烯酰胺為單體，合成了一種互連雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（fc-DN）。

圖1. 丙烯酸酯改性瓊脂糖/聚丙烯酰胺fc-DN水凝膠。

  3. 原位SAXS證明，在fc-DN形變過程中，瓊脂糖纖維沿應(yīng)變方向的取向度比傳統(tǒng)纖維雙網(wǎng)絡(luò)(f-DN)的更高。網(wǎng)絡(luò)間的化學(xué)鍵提高了界面強(qiáng)度，有助于應(yīng)力傳遞。

圖2. 循環(huán)拉伸測試和原位SAXS表征。

  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202402282