Stiff and self-healing hydrogels by polymer entanglements in co-planar nanoconfinement

材料科学 自愈水凝胶 自愈 聚合物 自愈材料 复合材料 极限抗拉强度 粘附 纳米技术 高分子化学 医学 病理 替代医学
作者
Liang Chen,Volodymyr Dudko,Olena Khoruzhenko,Xiaodan Hong,Zhong‐Peng Lv,Isabell Tunn,Muhammad Umer,Jaakko V. I. Timonen,Markus B. Linder,Josef Breu,Olli Ikkala,Hang Zhang
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:24 (4): 599-606 被引量:89
标识
DOI:10.1038/s41563-025-02146-5
摘要

Abstract Many biological tissues are mechanically strong and stiff but can still heal from damage. By contrast, synthetic hydrogels have not shown comparable combinations of properties, as current stiffening approaches inevitably suppress the required chain/bond dynamics for self-healing. Here we show a stiff and self-healing hydrogel with a modulus of 50 MPa and tensile strength up to 4.2 MPa by polymer entanglements in co-planar nanoconfinement. This is realized by polymerizing a highly concentrated monomer solution within a scaffold of fully delaminated synthetic hectorite nanosheets, shear oriented into a macroscopic monodomain. The resultant physical gels show self-healing efficiency up to 100% despite the high modulus, and high adhesion shear strength on a broad range of substrates. This nanoconfinement approach allows the incorporation of novel functionalities by embedding colloidal materials such as MXenes and can be generalized to other polymers and solvents to fabricate stiff and self-healing gels for soft robotics, additive manufacturing and biomedical applications.
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