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具有高度定向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的天然材料通常既輕質(zhì)又堅(jiān)固、既堅(jiān)硬又韌性，且耐用。對(duì)于人造材料，尤其是缺乏高精度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的弱水凝膠而言，非常需要這種多種不相容的機(jī)械性能的整合。

2025年1月4日，合肥工業(yè)大學(xué)從懷萍教授、南方科技大學(xué)俞書宏院士在國(guó)際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Hierarchically aligned heterogeneous core-sheath hydrogels》的研究論文，Zhao Xu為論文第一作者，從懷萍教授、俞書宏院士為論文共同通訊作者。

師徒聯(lián)手！她，師從俞書宏院士，211院長(zhǎng)/「國(guó)家優(yōu)青」，新發(fā)Nature子刊！

從懷萍，合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授、院長(zhǎng)，國(guó)家優(yōu)青（2019）。2004年本科畢業(yè)于安徽大學(xué)，2009年在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲得博士學(xué)位，導(dǎo)師：俞書宏教授。2009-2010年在丹麥奧胡斯大學(xué)從事博士后研究，合作導(dǎo)師：Peter. R. Ogilby教授。2011年加入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013年任職于合肥工業(yè)大學(xué)。

從懷萍教授的主要研究領(lǐng)域和方向?yàn)椋?）超彈性復(fù)合材料；（2）智能響應(yīng)/修復(fù)/驅(qū)動(dòng)材料;（3）新型有機(jī)-無(wú)機(jī)光電功能復(fù)合材料，已在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem、Chem. Soc. Rev.、 Energy Environ. Sci.、ACS Nano等期刊上發(fā)表SCI論文60余篇，4篇ESI Top1%高被引論文,多項(xiàng)工作被國(guó)際學(xué)術(shù)媒體ChemistryViews、Advanced Science News、MaterialsViews等選為研究亮點(diǎn)，論文被他引3500余次。

俞書宏，南方科技大學(xué)理學(xué)院院長(zhǎng)、創(chuàng)新材料研究院院長(zhǎng)、化學(xué)系/材料科學(xué)與工程系講席教授，中國(guó)科學(xué)院院士（2019），國(guó)家杰青（2003），教育部長(zhǎng)江特聘教授（2006），英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士（2013）。

1988年本科畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，1991年在上海化學(xué)工業(yè)研究院獲得碩士學(xué)位，1998年獲得中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位。1999-2001年在東京工業(yè)大學(xué)從事博士后研究，師從Masahiro Yoshimura教授；隨后在德國(guó)馬普學(xué)會(huì)膠體與界面研究所工作，合作導(dǎo)師：Markus Antonietti 教授和 Helmut C?lfen 教授；2002年加入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)；現(xiàn)同時(shí)任職于南方科技大學(xué)。

俞書宏院士長(zhǎng)期從事無(wú)機(jī)材料的仿生合成、組裝及功能化應(yīng)用研究，以通訊作者和第一作者在包括Science、Nature Materials、Nature Nanotechnology等國(guó)際刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文560余篇，研究工作多次被Nature、Science、Scientific American、C&ENs等選為研究亮點(diǎn)，被SCI引用逾8.2萬(wàn)余次，2014-2023年連續(xù)入選全球高被引作者。

在本文中，作者展示了通過(guò)順序自組裝輔助鹽析方法制備的層次化的異質(zhì)水凝膠，其由致密交聯(lián)的鞘和排列的多孔核組成，其中納米原纖維在多尺度上排列。

所制備的水凝膠在已報(bào)道的水凝膠、彈性體和天然材料中具有超高的機(jī)械性能，其韌性為1031 MJ? ?m^-3、強(qiáng)度為55.3?MPa、應(yīng)變?yōu)?300%、剛度為6.8?MPa、斷裂能為552.7?kJ m^-2和疲勞閾值為40.9 kJ? m^-2。

此外，由于高度結(jié)晶和排列的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種韌性且堅(jiān)固的水凝膠很容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的再生和快速粘附。再生試樣在10次再生循環(huán)后，仍然表現(xiàn)出增強(qiáng)的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能。

這項(xiàng)工作提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)生產(chǎn)具有仿生異質(zhì)結(jié)構(gòu)和實(shí)際應(yīng)用組合特性的水凝膠。

圖1：HHPC水凝膠的設(shè)計(jì)與制備

圖2：HHPC水凝膠的表征

圖3：HHPC水凝膠的機(jī)械性能

圖4：增韌機(jī)制

圖5：再生與粘附

綜上，作者研究了一種具有層次化異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水凝膠，通過(guò)順序自組裝輔助鹽析法制備出具有高強(qiáng)、高韌、高剛度和抗疲勞性能的水凝膠。該研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了水凝膠的再生和快速粘附，為軟體機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的可持續(xù)應(yīng)用提供了新的材料選擇。

Xu, Z., Chen, H., Yang, HB.?et al.?Hierarchically aligned heterogeneous core-sheath hydrogels.?Nat. Commun., (2025).

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