【科研摘要】
然而，大自然通过利用跨多长度尺度的固有结构，用有限的成分构建生物材料，与人造材料相比，它具有无与伦比的机械性能。相比之下，合成材料设计压倒性地侧重于开发新化合物，而无法重现天然对应物的机械性能，例如抗疲劳性。
最近， 南方科技大学 刘 吉 副教授 团队 报告了一种简单而通用的策略来设计传统水凝胶， 其疲劳阈值增加了 100 多倍。该策略被证明普遍适用于各种水凝胶材料，包括多糖（即海藻酸盐、纤维素）、蛋白质（即明胶）、合成聚合物（即聚乙烯醇）以及相应的聚合物复合材料。 与大多数合成软材料相比，这些抗疲劳水凝胶表现出创纪录的高疲劳阈值，使其成为机器人、 人造肌肉等环境中使用的软材料的低成本、高性能和耐用的替代品。相关论文以题为 Anisotropically Fatigue-Resistant Hydrogels 发表在《 A dvanced Materials 》上。
【主图导读】
图1 制造具有优先排列的原纤维结构的水凝胶。
图2 水凝胶的分层多长度缩放结构。
图3 抗疲劳水凝胶的各向异性力学。
图 4 抗疲劳水凝胶的各向异性力学。
图5 作为水下机器人承重部件的功能演示。
【总结】
团队已经报告了通过冷冻铸造策略来设计具有前所未有的各向异性抗疲劳性的传统软材料的一般设计原理。 这些水凝胶材料与现有类似物相比具有优势，包括疲劳阈值、易于制造、材料选择的多功能性、允许各向同性和各向异性设计等。 这些抗疲劳水凝胶材料为使其低成本、高性能提供了新的机会在这些情况下使用的软材料的耐用替代品，包括机器人、人造肌肉等。
参考文献 ：
doi.org/10.1002/adma.202102011
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