Biomimetic All‐Weather Strong, Tough, and Fatigue‐Resistant Composite Organohydrogels for Electronic Artificial Ligaments

复合数 材料科学 生物相容性 韧性 复合材料 数码产品 人工肌肉 纳米技术 计算机科学 物理化学 人工智能 执行机构 化学 冶金
作者
Gehong Su,Xiaotian Zhang,Yaping Zhou,Z. Chen,Jinkui Feng,Yue Xu,Yongpeng Zhao,Wu Chun,Zhiwei Lu,Mengmeng Sun,Tao Zhou,Hanbing Rao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (38): e04139-e04139 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202504139
摘要

Abstract Gel materials have tremendous potential for application in future electronics and robotics due to their intriguing merits, like flexibility and biocompatibility. Nonetheless, conventional hydrogels' limited mechanical property and functionality have remarkably impeded their practical applications. Drawing inspirations from hierarchical anisotropic composite structure of natural hard biomaterials, this study proposes a freezing‐casting assistant salting‐out and solvent displacement with polyol strategy for the fabrication of composite organohydrogels with all‐weather strong, tough, and fatigue‐resistant mechanical features and functionalities (environmental stability and conductivity). By combining the hierarchical anisotropic fibrous microstructure with high crystallinity and abundant polymer–solvent interactions, the resulting organohydrogel displays exceptional stiffness (8.74 MPa), strength (21.20 MPa), stretchability (1556%), toughness (184.26 MJ m −3 ), fracture energy (768.3 kJ m −2 ), and fatigue threshold (7.86 kJ m −2 ). More importantly, the mechanical performances and conductivity of the gel are well‐maintained at both cold and hot conditions, thus guaranteeing the application feasibility of the gel in extreme conditions. These intriguing merits enable the gel to exhibit superior potential in cutting‐edge load‐bearing applications, like electronic artificial ligaments. Therefore, this study presents a model approach that extends the fundamental design principles of natural biomaterials to engineer composite gels with synergistic mechanical and functional enhancements.
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