重要内容

      青岛大学王莉莉教授团队基于黏弹塑态凝胶的动态力学优势，提出了“高温黏弹塑态复合-低温黏弹态定形”的复合凝胶制备新方法，利用黏弹塑态凝胶的固有物理作用和黏弹态定形过程中物理作用的二次重构，制备出具有高强、高韧和抗裂纹扩展能力的聚乙烯醇/二氧化硅复合水凝胶，为高性能结构凝胶材料的设计提供了新思路。该研究成果已发表于Chinese Journal of Polymer Science。

创新成果

      本研究基于团队开发的黏弹塑态聚乙烯醇物理水凝胶，提出“黏弹塑态复合-黏弹态定形”的复合凝胶制备新方法与新原理。其中，适度高温诱导聚乙烯醇物理凝胶呈现黏弹塑态，借助机械力辅助分散二氧化硅分散相；进一步低温诱导黏弹态转变，实现复合凝胶定形。其中，黏塑态凝胶固有物理作用和黏弹态定形过程中物理作用的二次重构，为超强界面构筑提供有利优势。基于上述界面强化机制，界面强结合诱导裂纹前沿偏转并形成曲折扩展路径，在载荷作用下实现高效能量耗散，显著提升抗裂纹扩展能力。

图1 缺口力学性能图及有限元分析应力图

总结与展望

      本研究基于黏弹塑态高分子物理凝胶独特的动态力学特征，发展了“黏弹塑态复合-黏弹态定形”的复合凝胶制备新策略。一方面，黏塑态凝胶固有物理作用和黏弹态定形过程中物理作用的二次重构，为复合凝胶超强界面构筑提供优势，解决复合凝胶因异相结构和高模量差引起的弱界面问题。另一方面，在凝胶高温黏塑态，通过机械力分散复合相颗粒，突破传统溶液复合的化学相容性限制，极大拓宽凝胶复合相种类选择范围。该策略有望为人体软骨、抗穿刺和功能材料等领域提供普适性制备方法，推动高分子凝胶交叉学科的发展。

研究背景

传统物理水凝胶的交联网络结构单一，其力学参数难以实现宽范围调控，因此难以满足动态高负载场景对材料高强度、高韧性的协同需求。为突破这一局限，研究者引入了织物、纤维、纳米颗粒等不同维度的增强介质。这类增强相凭借其独特的结构特征和力学增强效应，不仅能通过应力传递机制显著提升基体的承载能力，还能赋予材料导电、热响应等功能。然而，当前水凝胶复合材料的制备仍面临两大共性挑战：其一，增强相与基体相材料性质差异明显，导致界面结合薄弱，应力无法高效传递至增强相，从而影响增强效果；其二，增强相的刚性与基体相的柔性之间存在显著模量差异，容易造成局部应力集中。因此，如何解决由材料异质性与模量不匹配所导致的界面弱化问题，成为决定复合水凝胶力学性能的关键。

本文相关成果发表于Chinese Journal of Polymer Science。论文第一作者为青岛大学硕士研究生李湘、姜北，通信联系人为王莉莉教授。

Citation

Li, X.; Jiang, B.; Wang, B.; Yang, Y. R.; Zhao, G. M.; Wang, L. L. Strong and tough composite hydrogels with crack-deflecting ability enabled by a viscoelastoplastic mixing strategy. Chinese J. Polym. Sci. 2026, 44, 768–780DOI：10.1007/s10118-025-3547-8     

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