Physically Entangled Hydrogels Constructed Through Pre‐Stretched Backbone Provide Excellent Comprehensive Mechanical Properties

自愈水凝胶 材料科学 韧性 刚度 量子纠缠 复合材料 肿胀 的 聚合物 弹性(物理) 断裂韧性 工作(物理) 高分子化学 机械工程 物理 量子 工程类 量子力学
作者
Junyu Wang,Xiaomin Li,Yuhong Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (23): e2501666-e2501666 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202501666
摘要

Abstract It is difficult for hydrogels to have both excellent stiffness and toughness in conventional polymer networks. Physically entangled hydrogels provide ideas to solve this problem, but the loss of physical entanglement in the swelling process does not effectively utilize the potential of this approach. In this work, the hydrogel is synthesized including two layers of interpenetrating physically entangled networks, the backbone network and the filler network. According to rubberlike elasticity theory, the backbone network inhibits the swelling of the filler network retaining a large amount of physical entanglements, inheriting and enhancing the advantages of physically entanglement hydrogels. The stiffness of the hydrogel reaches 0.33 MPa, and the fracture toughness reaches 1.93 × 10 4 J m −2 , which shows significant advantages over other hydrogels. The removable physical entanglements tend to favor an ideal uniform network after being subjected to cyclic loading, and the toughness and fracture strain improve more than 2 times to 4.2 MJ m −3 and 7.2, respectively. The fatigue threshold reaches 5.41 × 10 3 J m −2 , which is five times higher than the fatigue‐resistant hydrogels. The present work perfectly inherits the physically entangled network structure while realizing the anti‐swelling property, which provides a way to break the toughness‐stiffness conflict intractable in hydrogels.
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