研究者們以HR-肽-Zn2+絡合物作為犧牲交聯劑,丙烯酸酯封端的四臂聚乙二醇為形成共價鍵的交聯劑制得水凝膠HN-PHn(n=1,3和6;圖1),其中HN-PH6的吸水率低,壓縮性好。在~1.6 Hz的頻率下對HN-PH6水凝膠進行壓縮或拉伸循環100次,水凝膠未被破壞。
圖1 由肽-Zn2+配位復合物交聯制備的HN-PHn水凝膠的結構和性能。(A)不同水凝膠的網絡結構示意圖。(B)水凝膠在一個壓縮-松弛循環下的光學圖。(C)HN-PH6水凝膠在極端壓縮條件下的光學圖。(D)HN-PH6凝膠在極端拉伸條件下的光學圖。(E)HN-PH6凝膠扭成螺旋狀的光學圖。(F)鋒利刀片對HN-PH6凝膠進行壓縮并放松后的光學圖。
HN-PH6水凝膠的斷裂伸長率、楊氏模量和韌性遠高于HN-PH3和HN-PH1水凝膠(圖2)。應力-應變循環曲線中,HN-PH6水凝膠的滯后效應比HN-PH1和HN-PH3均小,表明該凝膠的回復速率快。在HN-PH6凝膠的負載-卸載循環圖中,不同循環幾乎重合,表明該凝膠的回復速率快。多尺度本構理論(圖3)進一步證明協同作用使得水凝膠具有突出的機械性能。
圖2 HN-PHn凝膠的機械和快速回復性能。
圖3 水凝膠的機械響應的理論計算
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