Mechanically Robust Ultrahigh Molecular Weight Supramolecular Hydrogels Reinforced by Synergistic Chain Entanglement, Hydrogen Bonding, and Nanoparticle Incorporation

纳米颗粒 材料科学 韧性 纳米尺度 自愈水凝胶 超分子化学 纳米技术 聚合物 化学工程 链条(单位) 消散 纳米结构 流变学 超分子聚合物 纳米- 氢分子 复合材料 铂纳米粒子 纳米复合材料 单链
作者
Yue Zhao,Steven P Armes,Zesheng An
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e5675930-e5675930
标识
DOI:10.1002/anie.5675930
摘要

ABSTRACT Tuning the mechanical properties of ultrahigh molecular weight (UHMW) physically crosslinked hydrogels remains a significant challenge. We address this by utilizing Fenton‐initiated reversible addition‐fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization to synthesize poly(methacrylic acid) (PMAA) with molecular weights of up to 1700 kg mol −1 under mild aqueous conditions. These UHMW polymers leverage extensive chain entanglement and hydrogen bonding to form strong and tough supramolecular hydrogels, exhibiting a tensile strength of up to 0.16 MPa, a fracture strain of 2000%, and a toughness of 2.93 MJ m −3 . Furthermore, the incorporation of PMAA‐stabilized nanoparticles (spheres or worms) as secondary physical crosslinks significantly enhances energy dissipation and overall mechanical properties, resulting in a 2.5‐fold increase in toughness relative to the neat UHMW PMAA hydrogel. This approach offers a versatile framework for designing high‐performance soft materials through hierarchical molecular and nanoscale engineering.
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