Multi-scale multi-mechanism design of tough hydrogels: building dissipation into stretchy networks

自愈水凝胶 韧性 材料科学 脆性 设计要素和原则 材料设计 消散 纳米技术 弹性(物理) 计算机科学 生化工程 复合材料 工程类 物理 高分子化学 软件工程 热力学
作者
Xuanhe Zhao
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (5): 672-687 被引量:949
标识
DOI:10.1039/c3sm52272e
摘要

As swollen polymer networks in water, hydrogels are usually brittle. However, hydrogels with high toughness play critical roles in many plant and animal tissues as well as in diverse engineering applications. Here we review the intrinsic mechanisms of a wide variety of tough hydrogels developed over the past few decades. We show that tough hydrogels generally possess mechanisms to dissipate substantial mechanical energy but still maintain high elasticity under deformation. The integrations and interactions of different mechanisms for dissipating energy and maintaining elasticity are essential to the design of tough hydrogels. A matrix that combines various mechanisms is constructed for the first time to guide the design of next-generation tough hydrogels. We further highlight that a particularly promising strategy for the design is to implement multiple mechanisms across multiple length scales into nano-, micro-, meso-, and macro-structures of hydrogels.
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