Triple‐Mechanism Enhanced Flexible SiO2 Nanofiber Composite Hydrogel with High Stiffness and Toughness for Cartilaginous Ligaments

材料科学 韧性 聚乙烯醇 自愈水凝胶 复合材料 纳米纤维 复合数 极限抗拉强度 刚度 乙烯醇 聚合物 高分子化学
作者
Yvqing Ma,Jixian Gong,Qiujin Li,Xiuming Liu,Benkun Qi,Jianfei Zhang,Songnan Zhang,Zheng Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (25) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202310046
摘要

Abstract Hydrogels are widely used in tissue engineering, soft robotics and wearable electronics. However, it is difficult to achieve both the required toughness and stiffness, which severely hampers their application as load‐bearing materials. This study presents a strategy to develop a hard and tough composite hydrogel. Herein, flexible SiO 2 nanofibers (SNF) are dispersed homogeneously in a polyvinyl alcohol (PVA) matrix using the synergistic effect of freeze‐drying and annealing through the phase separation, the modulation of macromolecular chain movement and the promotion of macromolecular crystallization. When the stress is applied, the strong molecular interaction between PVA and SNF effectively disperses the load damage to the substrate. Freeze‐dried and annealed‐flexible SiO 2 nanofibers/polyvinyl alcohol (FDA‐SNF/PVA) reaches a preferred balance between enhanced stiffness (13.71 ± 0.28 MPa) and toughness (9.9 ± 0.4 MJ m −3 ). Besides, FDA‐SNF/PVA hydrogel has a high tensile strength of 7.84 ± 0.10 MPa, super elasticity (no plastic deformation under 100 cycles of stretching), fast deformation recovery ability and excellent mechanical properties that are superior to the other tough PVA hydrogels, providing an effective way to optimize the mechanical properties of hydrogels for potential applications in artificial tendons and ligaments.
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