A universal strategy for preparing tough and smart glassy hydrogels

自愈水凝胶 韧性 刚度(电磁) 聚合物 可扩展性 复合材料 软化 刚度 智能材料 抗弯刚度 材料科学 纳米技术 化学工程 高分子化学 工程类 计算机科学 操作系统
作者
Xinxing Lin,Xiaolin Wang,Hongyuan Cui,Gangfeng Ouyang,Hui Guo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:457: 141280-141280 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141280
摘要

With a large amount of water as plasticizer, most current hydrogels stay in rubbery states with low rigidity. Inspired by the robust thermoplastics, herein we propose a facile, effective, and universal strategy for preparing tough and smart “glassy hydrogels” by maintaining the hydrogels’ network in glassy states. The key point is to integrate an appropriate amount of rigid hydrophobic polymers within hydrogels’ hydrophilic networks. Based on the composition optimization, we further establish a generally applicable criterion for material preparation: the hydrogels should possess a thermo-softening temperature slightly higher than the service condition. Following this principle, various glassy hydrogels have been readily fabricated, which demonstrate excellent rigidity (∼50.5 MPa), strength (∼8.46 MPa), extensibility (∼2200%), and toughness (∼35.2 MJ.m−3). More interestingly, the hydrogels demonstrate broad-range tunable mechanical performance in response to temperature and additives. Upon heating, the hydrogels manifest evident thermo-softening performance with the stiffness dramatically dropping more than 1000 times, endowing the hydrogels with desirable shape memory properties. When encountering various small-molecules, the hydrogels show over 3 orders’ broad-range tunable stiffness. Collectively, the ease of manipulation and universality of the as-established method, we hope, can become a widely used strategy to inspire novel designs and substantially broaden the application potentials of gels.
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