Breaking the Toughness‐Stretchability Trade‐Off in Hydrogels with Dynamic Hydrogen Bonding

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作者
Yining Gao,Yong Tao,Roland J.‐M. Pellenq,Fazhou Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e22530-e22530
标识
DOI:10.1002/advs.202522530
摘要

The inherent trade-off between toughness and stretchability in conventional hydrogels restricts their utility in demanding structural and engineering scenarios. Here, we address this limitation by designing a nanocomposite hydrogel with densified, interfacially bridged network architecture, comprising uniformly dispersed aminopropyl-hybrid-phyllosilicate (AHPS) nanosheets within a polyacrylamide (PAM) matrix. A dynamic hydrogen-bonding network between AHPS and PAM enables efficient energy dissipation during deformation, imparting the material with exceptional mechanical performance. The optimized nanocomposite (3 wt.% AHPS) achieves a toughness of 6.91 MJ/m3-a 173-fold enhancement compared to pristine PAM-and an elongation at break of 3390%, representing a 31-fold improvement over the unreinforced hydrogel. Furthermore, the reversible breakage and reformation of hydrogen bonds endow the AHPS/PAM hydrogel with outstanding self-recovery capabilities, retaining structural integrity over repeated stress-strain cycles. By synergizing a nanoscale interfacial bridging with dynamic hydrogen bonding, this strategy unlocks unprecedented combinations of toughness, stretchability, and resilience, suggesting strong potential as a mechanically robust platform for soft robotics and flexible material systems.
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