Multi‐Solvent‐Induced Gradient Aggregation Rendered Superstrong, Tough, Stretchable, and Fatigue‐Resistant Lignin‐Based Supramolecular Hydrogels

材料科学 自愈水凝胶 超分子化学 木质素 溶剂 复合材料 化学工程 高分子化学 纳米技术 分子 有机化学 化学 工程类
作者
Yihui Gu,Wenjuan Wu,Chaofeng Zhang,Xinrui Li,Xinyu Guo,Yilin Wang,Yufeng Yuan,Bo Jiang,Yongcan Jin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202417206
摘要

Abstract A hydrogel that is expected as a biomedical load‐bearing material remains a substantial challenge. In this work, a multi‐solvent‐induced gradient aggregation state strategy is developed to construct lignin‐based supramolecular hydrogels that feature superstrong, tough, stretchable, and fatigue‐resistant properties. The multi‐solvent high‐temperature annealing induces the gradient crystallization of polyvinyl alcohol and the self‐assembly of lignin. The interior strong hydrogen‐binding and the external weak non‐covalent‐binding forms a gradient aggregation state microstructure and compact macrostructure, where lignin acts as an interfacial molecular bridge. By sharing interconnection points to collaboratively dissipate energy, the developed hydrogels demonstrate high modulus (74.4 MPa), toughness (90 MJ m −3 ), tear (34,000 J m −2 ), tensile (24.8 MPa), and compressive strength (60 MPa). Moreover, such lignin‐based supramolecular hydrogels also exhibit extraordinary fatigue resistance, biocompatibility, and reactive oxygen species scavenging activity. This gradient non‐covalent conjoined‐network caused by multi‐solvent high‐temperature annealing provides a new design strategy and potential for developing biomaterials that mimic biomedical load‐bearing materials (e.g., natural tendons and ligaments).
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