与天然材料相比，传统的合成凝胶因受限于松散和不均匀的网络结构及结构层级的缺失，通常使得其低模量与高强度不能兼得。因此，如何调和合成凝胶中低模量和高强度之间的固有冲突仍是一项极其富有挑战的任务。
近日，四川大学金勇教授团从热力学角度出发，在结晶水凝胶中引入另一种与之不相容的软相域结构来代替一些结晶硬域以减少熵罚（构象熵损失），从而构筑了一种柔而强的水凝胶。两种不同的相域结构可以为聚合物网络赋予多层级物理交联结点，在初始变形过程中，弱的软域会首先解离和坍塌，赋予水凝胶低模量；在较大变形过程中，强的硬域抵抗外部应力的冲击和集中来维持聚合物网络的完整，以确保其具有较高强度，最终有效调和了传统合成凝胶中低模量与高强度之间的冲突。
图1. 基于低熵罚多层级相分离策略构筑柔而强的水凝胶的示意图
图2. 水凝胶的结构表征
图3. 水凝胶的机械性能
图4. 水凝胶的弹性和增韧机理
图5. 水凝胶对缺陷和损伤的抗性
该研究成果以题为“A low-entropy-penalty hierarchical multiphase design for soft yet strong hydrogels”在《Chemical Engineering Journal》上发表，第一作者为四川大学轻工科学与工程学院博士生周荣，金勇教授为本论文的通讯作者。该项研究也得到了国家自然科学基金及四川省科技支撑计划等项目的资助。
此外，该团队近年来围绕水凝胶、离子凝胶、聚氨酯等基材也开发了多种特色功能材料（Polymer 2025, 317, 127949; Chem. Eng. J. 2024, 498, 155505;Adv. Funct. Mater. 2024, 2316687; Chem. Eng. J. 2024, 482, 148994; Chem. Eng. J. 2023, 476, 146840; Adv. Funct. Mater. 2023, 2301921; Chem. Eng. J. 2023, 456, 141082; ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 35469-35482; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 39120-39131; Nano Energy 2022, 104, 107962; Chem. Eng. J. 2022, 438, 135596; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23916–23928）。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160787
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