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Superior Impact‐Resistant Composite Hydrogels Through an Ionic Coupling Strategy

材料科学 复合数 自愈水凝胶 复合材料 韧性 联轴节(管道) 离子键合 极限抗拉强度 纳米纤维 压力(语言学) 基质(化学分析) 消散 电解质 聚电解质 弹性能 聚合物 纳米技术 工作(物理) 纤维 化学工程 断裂韧性 纳米尺度
作者
Hao Zhuo,Quyang Liu,Xinyu Dong,Hongzhi Zheng,Lingyi Hong,Wei Zhai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (26): e73010-e73010 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.73010
摘要

ABSTRACT Impact resistance emerges from the coupling of strong load‐bearing networks and dynamic interfacial interactions that enable effective stress transfer and energy dissipation. Although hydrogels are promising candidates for impact‐resistant soft materials, it remains challenging to reinforce both networks and interfaces simultaneously in hydrogels, which limits their performance under high strain‐rate loading. To overcome this limitation, we develop a composite hydrogel comprised of a poly(vinyl alcohol) (PVA) matrix reinforced with chitosan–sodium alginate nanofibers (CSNFs), using sodium citrate as a multifunctional ionic coupler that (i) strengthens the PVA matrix via the Hofmeister effect, (ii) reinforces the CSNF network through desolvation and electrostatic crosslinking, and (iii) improves their fiber–matrix interfaces, enabling efficient stress transfer and energy dissipation through the integrated composite network and layered microstructure. The composite hydrogel achieves superior impact resistance relative to high‐performance solid polymers, with an impact strength of 426.7 MPa and toughness of 106.4 MJ m − 3 at 7000 s − 1 , while retaining excellent tensile properties (tensile strength: 54.2 MPa; fracture strain: 590%). By molecular‐level experimental and simulation analyses, this work establishes ionic coupling as a facile yet effective strategy for achieving composite hydrogels with extreme impact resistance, broadening the potential of soft materials in impact protection, damping, and energy absorption.
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