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Compliant and Robust Tissue‐Like Hydrogels via Ferric Ion‐Induced of Hierarchical Structure

材料科学 自愈水凝胶 软机器人 刚度 生物相容性 弹性模量 复合材料 偶极子 纳米技术 化学物理 执行机构 计算机科学 高分子化学 冶金 有机化学 化学 人工智能 物理
作者
Yi Wang,Yuanjie Xie,Xiangyan Xie,Di Wu,Haitao Wu,Xingqi Luo,Qi Wu,Lijuan Zhao,Jinrong Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (12) 被引量:49
标识
DOI:10.1002/adfm.202210224
摘要

Abstract It is a challenge to synthesize materials that possess biological tissue‐like properties: strain‐stiffening, robust yet compliant, sensitive, and water‐rich. Herein, a ferric ion‐induced salting out and coordination cross‐linking strategy is presented to create a hierarchical hydrogel network, including dipole–dipole interactions connected curved chains, acrylonitrile (AN)‐rich clusters, and homogeneous iron‐ligand interactions. The design allows the network to deform stress‐free under small strain by unfolding the curved segments with the elastic deformation of the AN‐rich clusters, and sequentially breaking the dipole–dipole interactions and iron‐ligand interactions from weak to strong ones under large strain. As a result, the hydrogel exhibits tissue‐like mechanical properties: low elastic modulus (0.06 MPa), high strength (1.4 MPa), high toughness (5.1 MJ m −3 ), intense strain‐stiffening capability (27.5 folds of stiffness enhancement), excellent self‐recovery ability and fatigue resistance. Moreover, the hydrogel exhibits high water content (≈84%), good biocompatibility and multi‐sensory capabilities to strain, pressure and hazardous chemicals stimuli. Therefore, this work offers a novel strategy to prepare hydrogel that can mimic the diverse functions of tissues, thereby expanding advanced applications of hydrogel in soft robotics, wearable devices, and biomedical engineering.
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