纳米复合水凝胶

增韧173倍，断裂伸长率3390%

通过均匀分散的硅酸盐纳米片与聚合物基质间的动态氢键网络，同时实现超高韧性和超大拉伸性。

Gao, Yining · Yong, Tao · Roland, J-M Pellenq · 王发洲

Advanced Science 2026

具体参数

韧性

{'zh': '6.91', 'en': '6.91'} MJ/m³

断裂伸长率

{'zh': '3390', 'en': '3390'} %

韧性增强倍数（相对纯PAM）

{'zh': '173', 'en': '173'}

伸长率增强倍数（相对未增强水凝胶）

{'zh': '31', 'en': '31'}

技术优势

同时兼顾高强度和高伸长

通过AHPS纳米片与PAM链之间的动态氢键网络，在变形过程中有效耗散能量，打破了传统水凝胶韧性-拉伸性的此消彼长。

变形后结构能自行恢复

氢键的可逆断裂与重组使水凝胶在反复应力循环后仍能保持力学完整性，无需额外修复处理。

简单配方即可获得大幅增强

仅需在PAM基体中混入少量AHPS纳米片（优化含量3 wt.%），无需复杂合成步骤或昂贵原料。

应用场景

• 软体机器人结构材料：作为能承受反复大变形且自恢复的弹性结构体，替代传统弹性体。
• 柔性器件衬底：提供既坚韧又可拉伸的柔性基底，适应器件在动态工况下的机械需求。
• 高韧性水凝胶：通过动态氢键网络同时大幅提升韧性和拉伸性，作为平台配方推广。
• 仿生结构材料：利用纳米界面桥接和牺牲键耗能机制，模仿天然高性能生物材料。
• 自修复弹性体：基于氢键可逆重组，赋予材料在损坏后自行恢复机械完整性的能力。