Tough double network hydrogels with rapid self-reinforcement and low hysteresis based on highly entangled networks

韧性 消散 自愈水凝胶 磁滞 量子纠缠 极限抗拉强度 纳米技术 材料科学 物理 复合材料 量子 凝聚态物理 热力学 高分子化学 量子力学
作者
Zhu Ruixin,Dandan Zhu,Zhen Zheng,Xinling Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45485-8
摘要

Abstract Most tough hydrogels are reinforced by introducing energy dissipation mechanisms, but simultaneously realizing a high toughness and low hysteresis is challenging because the energy dissipation structure cannot recover rapidly. In this work, high mechanical performance highly entangled double network hydrogels without energy dissipation structure are fabricated, in which physical entanglements act as the primary effective crosslinking in the first network. This sliding entanglement structure allows the hydrogel network to form a highly uniform oriented structure during stretching, resulting in a high tensile strength of ~3 MPa, a fracture energy of 8340 J m −2 and a strain-stiffening capability of 47.5 in 90% water content. Moreover, almost 100% reversibility is obtained in this hydrogel via energy storage based on entropy loss. The highly entangled double network structure not only overcomes the typical trade-off between the high toughness and low hysteresis of hydrogels, but more importantly, it provides an insight into the application of entanglement structures in high-performance hydrogels.
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