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第一作者：Shaoji Wu

通訊作者：Wen Feng, 嚴玉蓉

通訊單位：華南理工大學

嚴玉蓉，華南理工大學教授，材料學院博導。2002年7月到華南理工大學高分子系任教至今。于2005年2至2007年8月于華南理工大學輕工站和新會美達股份有限公司博士后工作站從事博士后研究工作。2007年2月到6月于美國Akron大學從事訪問研究工作。2005年12月被聘為副教授，2006年被聘為碩士生導師。2007年于美國Akron大學從事訪問研究工作。2017年于瑞士聯邦材料研究所EMPA訪問研究。2009-2016年擔任華南理工大學材料學院高分子材料與科學工程系副主任。

論文速覽

在柔性電子設備中，理想的水凝膠纖維被用作驅動和傳感元件。然而，由于分子（鏈）相互作用的內在弱點，目前的水凝膠纖維展現出較差的力學性能和環境穩定性。受蜘蛛絲網絡結構的多級調節啟發，作者構建了具有精細離子交聯和結晶域的仿生水凝膠纖維。

這些仿生水凝膠纖維展現出與蜘蛛絲相媲美的韌性，并且通過仿生結構工程策略，可實現其他聚合物和無機鹽的廣泛可調力學性能。此外，引入無機鹽/甘油/水三元溶劑在構建仿生結構過程中，賦予水凝膠纖維抗凍、保水和自再生的特性。該工作為制造具有高力學性能和穩定性的水凝膠纖維提供了新思路。

圖文導讀

圖1：受蜘蛛絲啟發，設計的具有離子和結晶域交聯的水凝膠纖維。

圖2：S-PAZr水凝膠纖維的結構演變和增韌機制。

圖3：S-PAZr水凝膠纖維的力學性能。

圖4：BSE策略被推廣到Hofmeister效應敏感聚合物和無機鹽的不同組合。

圖5：S-PAZr水凝膠纖維的環境耐受性。

圖6：S-PAZr水凝膠纖維的柔性傳感性能。

總結展望

本研究提出的仿生結構工程策略（BSE）制備了具有高力學性能和環境耐受性的水凝膠纖維。通過精細調節離子交聯和結晶域，這些纖維展現出與蜘蛛絲相媲美的韌性（162.25 ± 21.99 MJ/m3），并且能夠通過改變離子交聯和結晶域的濃度輕松定制其機械性能，特別是彈性模量可以從凝膠級別提高到聚乙烯水平（3.74 ± 0.16 MPa至118.53 ± 5.49 MPa）。

此外，由于甘油的強大氫鍵效應和無機鹽的水合效應，仿生水凝膠纖維在-40 °C下展現出0.0014 mS/cm的電導率和優異的機械性能（應力>50 MPa，應變>200%），并且能夠自發地從空氣中捕獲水分子以自修復到原始狀態。BSE策略的普適性也得到了驗證，適用于不同的霍夫邁斯特效應敏感聚合物和無機鹽組合。考慮到離子協調和Hofmeister效應在各種聚合物和溶劑系統中的普遍性，相信BSE策略可以應用于更多系統，以推動其應用。

文獻信息

標題：Spider-silk-inspired strong and tough hydrogel fibers with anti-freezing and water retention properties

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48745-9

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/06/04/9b0e066a22/

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