Vertical and Horizontal Double Gradient Design for Super‐Slippery and High‐Bearing Hydrogel Skeleton

润滑 材料科学 方位(导航) 复合材料 聚合物 流体轴承 自愈水凝胶 地图学 高分子化学 地理
作者
Zhizhi Zhang,Yanfei Ma,Bo Yu,Shuanhong Ma,Hao Yang,Lunkun Liu,Jianqing Yu,Xiaowei Pei,Meirong Cai,Feng Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adfm.202400360
摘要

Abstract Hydrogels with excellent hydrophilicity, high water content, outstanding biocompatibility, and lubrication properties are among the promising articular cartilage replacement materials. Despite extensive research focus on lubrication of hydrogels, realization of bioinspired materials with high load‐bearing, low‐friction, extraordinary lubrication, and anti‐wear properties is challenging. Herein, robust lubrication can be realized by structuring vertical and horizontal dual gradient surfaces, with structural design in vertical direction gradually transitioning from an anisotropic tubular to a compact body to provide load‐bearing, and a surface rigid porous polymer skeleton and a filled loose lubricating polymer structural design to provide lubrication in horizontal direction. What is more, gradient transition region in vertical direction greatly weakens gradient layer interface stress to increase load‐bearing, and gradient surface in horizontal direction is constructed by interconnected surface rigid polymer skeleton containing “pockets” that house highly hydrated and mechanically fragile soft lubrication polymer to prevent removal of lubrications under high load and wear. The designed hydrogel has an extremely low coefficient of friction (COF) with hard steel (COF ≈0.0036, 50 N, 35,000 cycles) and achieves a balance between lubrication and load bearing. The work opens up an avenue for rational design of high load‐bearing and ultralow friction soft material surfaces.
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