組織工程、軟體驅(qū)動(dòng)、柔性電子和生物傳感等前沿領(lǐng)域的快速發(fā)展對(duì)功能軟材料提出了更多、更高的要求。水凝膠作為一種特殊的軟材料，因其可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能、多刺激響應(yīng)性和高生物相容性，在上述領(lǐng)域被廣泛研究。然而傳統(tǒng)的水凝膠材料大都表現(xiàn)出“配方依賴”的機(jī)械性能，即需要通過復(fù)雜的分子設(shè)計(jì)、制備技術(shù)和材料配方優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的按需機(jī)械行為，這意味著更長(zhǎng)的材料開發(fā)周期和更高的技術(shù)門檻。如何在單一的材料體系中通過簡(jiǎn)單靈活且高效的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)水凝膠的寬范圍機(jī)械行為設(shè)計(jì)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)水凝膠機(jī)械性能的要求，對(duì)拓寬其應(yīng)用具有重要的實(shí)踐意義。
圖3. 圖案化水凝膠的預(yù)制缺陷擴(kuò)展不敏感性
圖4. 圖案化水凝膠的韌性調(diào)控
基于此，研究人員進(jìn)一步討論了不同類型和參數(shù)的圖案化硬骨架對(duì)CSN水凝膠韌性的影響。分別制備的豎直條紋圖案（線徑0.5和1 mm）、蜂窩圖案（正多邊形）和馬蹄圖案（曲線型）化CSN水凝膠結(jié)果表明，不同的圖案化設(shè)計(jì)能夠在120倍范圍內(nèi)顯著調(diào)節(jié)CSN水凝膠的韌性，相應(yīng)的有限元模擬也證明了這種調(diào)節(jié)機(jī)制得益于不同圖案在機(jī)械刺激下的不同變形趨勢(shì)和應(yīng)力分布行為（圖4）。
圖7. 圖案化水凝膠用于形變不敏感柔性電路
相關(guān)研究成果以“Sculpting mechanical properties of hydrogels by patterning seamlessly interlocked stiff skeleton”為題，發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。在中科院蘭州化學(xué)物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)的石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士研究生朱彬（現(xiàn)深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院博士）為論文第一作者，中科院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王曉龍、助理研究員蔣盼（現(xiàn)Institut Jacques Monod 博士后）和深圳技術(shù)大學(xué)助理教授張智星為本文通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202417477
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