Mechanically Robust Lubricating Hydrogels Contrived by Harnessing Low‐Entropy Nanocrystalline Polymer Network

材料科学 自愈水凝胶 纳米晶材料 聚合物 高分子科学 聚合物网络 纳米技术 复合材料 化学工程 高分子化学 工程类
作者
Danli Hu,Yuke Yan,Wan‐Xin Wei,Changcheng Bai,Yaozhong Lu,Yixian Wang,Fei Zhai,Desheng Liu,Xiaolong Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (43) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adfm.202508450
摘要

Abstract Hydrogels with extraordinary mechanics hold tremendous application prospects in the field of artificial human load‐bearing tissues, but the invention of cartilage‐like hydrogels with unprecedented mechanical robustness and dependable lubricity is still a substantial challenge. Herein, a low‐entropy nanocrystalline domains network control strategy is proposed to construct mechanically robust poly (vinyl alcohol)/chitosan (PVA/CS) hydrogels with superior and durable lubrication performance. Consequently, the resulting PVA/CS hydrogels feature tunable mechanical performance by altering interaction between PVA and CS in the polymer network, spanning fracture strength, elastic modulus, toughness, and stretchability. Furthermore, its friction coefficient against the Al 2 O 3 ball keeps as low as 0.034 for 1 × 10 5 reciprocating cycles at 5 N, 1 Hz with water as the tribological medium, and even no destructive wear is found after friction test. To exploit the applications, PVA/CS hydrogels are processed into a femoral head and rubbed against swine acetabulum and found to have comparable lubricating properties to natural animal cartilage, positioning it as a superior competitor within the realm of durable lubricating hydrogel systems. This work corroborates the supposition that inducing polymer chains to form low‐entropy nanocrystalline domain structures is able to yield robust hydrogels with extraordinarily enhanced mechanical performances.
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