Ultra‐Tough, Freeze‐Tolerant Hydrogel Fibers via Synergistic Freeze‐Spinning and Salting‐Out

材料科学 自愈水凝胶 生物相容性 极限抗拉强度 聚乙烯醇 纳米技术 纳米纤维 合并(版本控制) 延伸率 静电纺丝 灵活性(工程) 相容性(地球化学) 组织工程 机械强度 复合材料 海藻酸钠 电阻率和电导率 导电体 电导率 水分 纳米线 化学工程 纤维 超细纤维 断裂强度 复合数
作者
Shumiao Li,Fu‐Lin Gao,Xiaoyang Fang,Qian Wang,Hao‐Tong Wang,Ning Zhao,Zhong‐Zhen Yu,Xiaofeng Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (36)
标识
DOI:10.1002/adfm.202529542
摘要

ABSTRACT Hydrogel fibers, which merge the inherent softness and biocompatibility of hydrogels with the high aspect ratio and flexibility of a fibrous structure, are highly sought after for next‐generation fibrous devices. However, their applications suffer from trade‐offs in mechanical robustness, environmental tolerance, and scalable production. Here, we introduce a synergistic freeze‐spinning and salting‐out strategy to overcome these intertwined challenges simultaneously. Freeze‐spinning aligns polyvinyl alcohol chains, enabling continuous production of oriented fibers. Subsequent salting‐out in sodium citrate/glycerol/H 2 O solution synergistically enhances properties: citrate ions induce physical crosslinking to boost strength, orientation, and crystallinity, while glycerol provides freeze resistance and moisture retention. The resulting fibers exhibit an unattainable combination of ultrahigh elongation (1779.08 % ± 130.33 %) and tensile strength (20.50 ± 0.52 MPa), breaking through the performance boundaries of traditional hydrogel fibers. Furthermore, embedded silver nanowires endow the fibers with stable electrical conductivity and strain‐sensing even at −40°C. This work integrates ultra‐high strength, toughness, broad‐temperature environmental tolerance, and electronic functionality into a single hydrogel fiber, opening new avenues for high‐performance fibrous devices.
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