Materials Today 同步构建疏水–亲水网络的弹性体交联杂化水凝胶的通用设计策略

发布时间:2026-03-07

          在生物制造、医疗健康与软体机器人等领域,对兼具高灵敏度与高可靠性、能够实现高效人机交互的电子皮肤材料需求日益增长。然而,现有刚性器件与柔软、湿润的人体组织在力学与界面特性上存在显著失配,难以支持复杂、精细的人机交互应用。水凝胶与弹性体是两类典型的软材料体系。水凝胶具备良好的生物相容性和组织贴合性,但其力学强度往往不足;弹性体则具有优异的强度和耐久性,却缺乏良好的生物相容性。从材料设计角度看,弹性体与水凝胶协同整合于同一材料体系中,是提升软材料综合性能的有效途径。然而,高含水量的水凝胶与疏水弹性体之间的固有不相容性,成为无缝整合的核心挑战。现有杂化体系多依赖分层异质结构并高度依赖界面工程,仍易发生界面失效,且整体力学性能受限于较弱的水凝胶相。因此,亟需发展一种能够实现宏观均质、界面稳固且具有普适性的弹性体–水凝胶整合新策略。

       针对上述挑战,2022级硕士研究生罗张杰同学提出了一种同步构建疏水网络与亲水网络的通用策略,制备出强韧的弹性体交联杂化水凝胶(TECH hydrogels)。该方法基于乳液体系,在单一合成过程中实现疏水弹性体网络与亲水水凝胶网络的同步形成,并通过界面共聚反应在两者之间引入稳定的共价连接,构建出“弹性体微球交联—水凝胶连续相”的宏观均质杂化结构,从根本上突破了传统体系中依赖物理粘附或分层结构的整合方式。在该结构中,强韧的弹性体微球作为力学增强单元,与柔软的水凝胶连续相形成显著力学对比的杂化网络,有效提升了水凝胶体系的整体力学性能,其弹性模量可达 1.8 MPa、拉伸强度达 3.1 MPa,韧性达15 MJ m-3。同时,该体系在单一材料体系中协同整合了弹性体的温度响应特性和自恢复性能,以及水凝胶的生物相容性与应变传感功能。更为重要的是,该同步构筑策略能够适配不同类型的弹性体并有效增强多种水凝胶体系,为构建结构与性能可调的 TECH 水凝胶材料提供了一种通用且可设计的平台。在可穿戴应变传感器和电子皮肤的应用展示中,TECH 水凝胶表现出高灵敏度与优异的耐久性,并能够实现稳定的实时运动检测和触觉感知。此外,这一基于油–水界面聚合的合成策略不仅适用于弹性体–水凝胶体系,还可推广至多种天然和合成体系中疏水与亲水材料的协同构筑,为下一代功能性软材料的设计与构筑提供参考。

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                                                                                               图1 一步法制备TECH水凝胶

        相关成果以“Transforming a General Design Strategy into Elastomer-Crosslinked Hybrid Hydrogels with Co-constructed Hydrophobic–Hydrophilic Networks for Electronic Skin”为题,发表在 Materials Today 上,论文第一作者是四川大学高分子科学与工程学院罗张杰。

      原文链接:https://doi.org/10.1016/j.mattod.2026.103196.


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