各向异性聚乙烯醇水凝胶

模量跨度近三个数量级

通过定向退火铸造策略在同一水凝胶单元内实现区域可编程的力学性能，从柔软到坚韧可调，同时保持高含水量和韧性。

He, Zhu · Dai, Ziyi · Yican, Yang · Xiaoli, Fan · Cheng, Wang · Yang, Zhang · Cai, Rong · 钱凯

Small Structures 2025

具体参数

杨氏模量范围

{'zh': '≈0.13–77.2', 'en': '≈0.13–77.2'} MPa

极限应力

{'zh': '31.8', 'en': '31.8'} MPa

断裂能

{'zh': '568.6', 'en': '568.6'} kJ m⁻²

疲劳阈值

{'zh': '407.8', 'en': '407.8'} J m⁻²

可控含水量

{'zh': '≈20–80', 'en': '≈20–80'} %

技术优势

模量跨越近三个数量级

通过调节定向退火铸造过程中的水分蒸发程度，无需改变化学组成即可实现模量从0.13 MPa到77.2 MPa的连续变化。

区域内性能可编程

可在同一水凝胶单元的不同区域实现差异化的力学性能，例如在软区与硬区之间构建梯度，模拟真实组织的异质性。

韧性不受含水量拖累

即使在含水量20–80%范围内变化，水凝胶仍保持高韧性，极限应力、断裂能和疲劳阈值均维持在卓越水平。

应用场景

• 仿生器官平台：提供与真实组织匹配的区域化力学微环境，用于构建肝、脑等器官模型。
• 人工植入电子韧带：兼具高强度、高韧性与生物相容性，可替代受损韧带并集成电子传感。
• 生物电子学：可作为柔性基底，其可调模量适应不同组织界面，减少机械失配。
• 生理信号采集器件：顺应皮肤变形、保持稳定接触，用于心电、肌电等信号的高质量采集。