DOI: 10.1002/adma.201906870
在高弹性和高塑性之间转换材料在许多领域都有很广的用途，但事实证明这是极具挑战性的。在本研究中，使用两个网络之间的机械强度竞争在混合材料中的弹性和塑性之间切换。在由弹性聚合物网络和剪切稀化纳米纤维网络组成的凝胶材料中，当前者强于后者时，凝胶具有优异的弹性。相比之下，凝胶具有出色的可塑性，由于纳米纤维的取向，其可被拉伸形成永久的各向异性和坚韧的凝胶。通过调整交联密度或纳米纤维的负载量，可以简单地调整每个网络的机械强度。这项工作将为材料在弹性和塑性之间进行转换开辟一条新途径，这对开发适应性强的材料是有帮助的。
图1.设计和合成。A）弹性聚合物网络和剪切稀化纳米纤维网络之间竞争的示意图。当前者的机械强度高于后者时，凝胶材料表现出良好的弹性。相反，凝胶具有高塑性。B）将DexP预压在聚合物网络中，然后浸入氯化钙溶液中，通过自组装形成纳米纤维，以合成杂化水凝胶。
图2.两个网络之间的机械强度竞争。A，B）具有不同DexP含量的杂化水凝胶在500％应变下的拉伸应力。交联剂与丙烯酰胺的进料比分别固定为0.00025（A）和0.001（B）。C-E）具有不同DexP含量的凝胶分别在初始、加载和卸载状态下的照片：C）4 wt％；D）5 wt％；E）6 wt％。交联剂与丙烯酰胺的进料比固定为0.001。
图3.弹性和可塑性之间转换的量化。A，B）DexP含量分别为2 wt％（A）和10 wt％（B）的杂化水凝胶的加载-卸载曲线。C，D）DexP含量分别为2 wt％（C）和10 wt％（D）的凝胶的压缩-松弛曲线。E，F）DexP含量为2 wt％（E）和10 wt％（F）在压缩前后的凝胶照片。G）永久变形的凝胶形成的示意图。
图4.永久变形的凝胶的机械各向异性。A）含或不含预拉伸的混合水凝胶承受2 kg负荷的照片。B）含或不含预拉伸的凝胶的拉伸应力-应变曲线。C，D）各向异性水凝胶分别在平行和垂直方向上的拉伸应力-应变曲线和相应的弹性模量。插图显示了凝胶在平行和垂直方向上承受负荷的差异。E，F）不同方向凝胶的压缩松弛曲线和相应的弹性模量。G）不同DexP含量凝胶在平行和垂直方向上的拉伸模量。H）典型的各向异性水凝胶的各向异性和力学性能。TiNS代表单层钛酸酯纳米片。
图5.拉伸诱导的纳米纤维取向。A-F）混合水凝胶在拉伸之前和之后的FE-SEM和光学显微镜图像。分别在可见光（B，E）和偏振光（C，F）下拍摄光学照片。G）加载（蓝色）和卸载（红色）后各向异性水凝胶的紫外可见透射光谱。H）各向异性水凝胶在550 nm循环加载和卸载下的紫外可见透射率。I）在加载和卸载状态下各向异性水凝胶的示意图和照片。
图6.各向异性依赖性溶胀和DexP释放。A）各向异性水凝胶在不同方向上的溶胀。B）含或不含预拉伸的具有不同DexP含量的杂化水凝胶的溶胀。C）含或不含预拉伸的水凝胶中DexP的体外释放。
