由交联聚合物链和小分子溶剂组成的聚合物凝胶，例如水凝胶，由于其机械性能与生物软组织的相似性，已广泛应用于生物医学应用、柔性电子产品和软机器。聚合物网络设计及其对此类材料性能的贡献已得到广泛研究。日前，科研人员证明了溶剂性质对软聚合物凝胶的机械性能和性能的关键影响。最近，该团队文报告了一种聚合物凝胶系统 (PEGgel)，它基于聚（甲基丙烯酸羟乙酯-共聚丙烯酸）在聚（乙二醇）（PEG）存在下共聚，用作 PEGgel 的液相。与相应的水凝胶或乙二醇基凝胶相比，PEGgel 表现出卓越的物理特性，例如高拉伸性和韧性、快速自愈性以及在环境条件下的长期稳定性。
根据 PEG 的分子量和分数，PEG 凝胶的拉伸强度从 0.22 MPa 到 41.3 MPa，断裂应变从 12% 到 4336%，模量从 0.08 MPa 到 352 MPa，韧性从 2.89 MJ m-3 到 56.23 MJ m–3。使用粗粒分子动力学 (CGMD) 模型和固态 NMR 评估 PEG 对机械性能的影响，揭示了丰富的弱氢键导致观察到的机械性能增强。最后，团队展示了 PEGgel 材料的快速自愈能力，并通过 PEGgel 结构的 3D 打印制造了自愈气动执行器。PEGgel 系统增强的机械性能可以扩展到其他聚合物网络（化学和物理交联）。该研究证明了聚合物凝胶的液相对其机械和其他性能的重要影响，并强调了通过使用与聚合物网络具有弱但多重氢键相互作用的 PEG 微调凝胶不同物理性能的潜力。这种简单的 3D 可打印、自修复和坚韧的软材料有望广泛应用于可穿戴电子产品、软执行器和机器人技术。
图 1. PEGgels 的概念。
图 2. CGMD 模拟和凝胶系统的固态 NMR 研究。
图 3. PEGgel 的可调机械性能。
图 4. PEGgel 的自愈特性。
图 5. 使用基于 3D 打印自修复 PEGgel 的软执行器。
图 6. 不同聚合物网络中 PEGgel 系统的通用性。
相关论文以题为Tough, Transparent, 3D printable and Self-healing Polyethylene Glycol-Gel (PEGgel)发表在《Advanced Materials》上。
