纤维素纳米晶复合水凝胶

高强高韧耐疲劳

利用纤维素纳米晶水合作用缓和微相分离，在不牺牲拉伸性的前提下大幅提升水凝胶的强度、韧性和抗疲劳性。

王思恒 · Yu, Zhengyang · Sun, Xia · Panahi-Sarmad, Mahyar · Yang, Pu · 朱朋辉 · Zhu, Yeling · 刘鹤 · Jiang, Feng

Advanced Materials 2025

具体参数

拉伸强度

{'zh': '1.8', 'en': '1.8'} MPa

断裂应变

{'zh': '4730', 'en': '4730'} %

韧性

{'zh': '43.1', 'en': '43.1'} MJ m⁻³

断裂能

{'zh': '75.4', 'en': '75.4'} kJ m⁻²

疲劳阈值

{'zh': '3884.7', 'en': '3884.7'} J m⁻²

技术优势

强而不脆

CNC的水合层抑制了盐析驱动的过度相分离，使凝胶在1.8 MPa强度下仍可拉伸47倍。

抗撕裂，耐疲劳

断裂能高达75.4 kJ m⁻²，疲劳阈值达3884.7 J m⁻²，远超多数高强水凝胶。

普适性平台

该策略可拓展至聚丙烯酸、明胶、海藻酸钠等多种凝胶体系。

应用场景

• 水凝胶：它提供了强韧且耐疲劳的水凝胶新范式，可用于组织工程支架等承载场景。
• 自修复材料：动态非共价交联网络赋予其潜在自修复能力，延长使用寿命。
• 柔性器件：高拉伸性与导电性结合，可作为柔性传感器或驱动器中的关键元件。
• 生物材料与仿生学：其力学性能接近天然软组织，且组分生物相容，适合仿生皮肤和植入物。
• 功能高分子：通过调节CNC含量与盐浓度，可定制粘弹性与响应行为，拓展功能高分子设计。