Salt-welding strategy for the design of repairable impact-resistant and wear-resistant hydrogels

自愈水凝胶 材料科学 自愈 甲基丙烯酰胺 焊接 机械强度 复合材料 盐(化学) 生物医学工程 聚合物 共聚物 化学 高分子化学 物理化学 医学 丙烯酰胺 替代医学 病理
作者
Jiangpeng Jia,Shan Lu,Shurui Sun,Yijie Jin,Liguo Qin,Chuanzhuang Zhao
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:11 (4)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adr9834
摘要

Self-healing hydrogels can autonomously repair damage, enhancing their performance stability and broadening their applications as soft devices. Although the incorporation of dynamic interactions enhances self-healing capabilities, it simultaneously weakens the hydrogels’ strength. External stimuli such as heating, while accelerating the healing process, may also lead to dehydration. Developing a stable repair strategy that combines rapid healing and high mechanical strength is challenging. Here, we introduce “salt-welding” for high-strength hydrogels with rapid room temperature self-healing. This is achieved through dynamic borate ester bonds in a salt-responsive poly(methacrylamide) hydrogel. The process involves “salt-fusion” to convert fractures into a viscous liquid for swift healing, followed by “salt-concretion” to toughen the hydrogel. The hydrogels achieve a posthealing strength of 23 megapascals in 95 minutes at room temperature, with near 100% healing efficiency. Leveraging their tunable mechanical strength and rapid healing rate, the hydrogel can be tailored for applications as a reparable wear-resistant material and damping device.

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