众所周知，电刺激在生物体受损时的形态、生物和机械功能的自我恢复中发挥着重要作用。然而，很少有人研究表现出电可调形态和机械功能的人造软材料。最近，科研人员报告了一种用于逐渐调节水凝胶机械性能的简便策略，包括电可调韧性、滞后、自恢复和抗裂性。水凝胶由数千个具有高电响应的交替亲水凝胶层和聚合物纳米域的疏水层组成。发现软凝胶层响应电场并产生氢键，作为可逆的物理交联和层粘合剂，以耗散能量并动态调节材料的机械性能。这项研究为开发具有各种机械性能的响应性软材料提供了见解。
图1.具有双层域结构的水凝胶示意图及其在软态和增韧态之间的可逆转变。冷冻干燥后凝胶处于柔软和增韧状态的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图2.(a,c)电场处理前后所制备水凝胶的二维小角度X射线散射(2DSAXS)图像和(b,d)方位角(φ)图。实线表示对所获得数据的拟合。
图3.(a)电场处理前后水凝胶的拉伸应力-应变曲线（6分钟）；还研究了PAAm-PAAcNa凝胶（没有纳米域，只有凝胶）。(b)杨氏模量(E)的循环变化。
图4.(a)原始水凝胶的滞后区域。(b)电处理持续时间对滞后区域的影响。（c）电场处理的持续时间对杨氏模量和滞后面积的依赖性。(d)对电处理水凝胶进行不同持续时间的应力松弛测试。
图6.所研究水凝胶的断裂试验。每个样品都粘在两个刚性夹子上，并用裂缝预切。(a)样品1在以0.58的应变垂直于裂纹方向受应力后破裂。(b)样品2显示裂纹在0.60应变下迅速扩展。(c)电处理样品3在0.80应变下没有破裂。
图7.(a)加载过程中的裤子撕裂试样。(b-e)(b)PAAm-PAAcNa凝胶、(c)电处理的PAAm-PAAcNa凝胶、(d)具有纳米域的PAAm-PAAcNa凝胶和(e)电处理的PAAm-PAAcNa凝胶的力-位移曲线。
相关论文以题为Polyelectrolyte-LayeredHydrogelswithElectricallyTunableToughness,Viscoelasticity,Hysteresis,andCrackResistance发表在《Macromolecules》上。通讯作者日本国家先进工业科学技术研究所(AIST)YoufengYue博士。
参考文献：
doi.org/10./acs.macromol.1c