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中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究團(tuán)隊(duì)提出了耗散能分子工程策略。該策略指出了強(qiáng)弱相互作用在分子水平上的互補(bǔ)性，即強(qiáng)相互作用（金屬配位鍵）提供力學(xué)強(qiáng)度，弱相互作用（氫鍵）消除屈服。通過在網(wǎng)絡(luò)中植入密集的鏈纏結(jié)，研究人員實(shí)現(xiàn)了完美的超彈性，填補(bǔ)了僅使用高階結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超彈性水凝膠的空白。此外，這兩種相互作用為鍵合時(shí)間和鍵合能之間的互補(bǔ)性提供了具有可控范圍的力學(xué)性能調(diào)控窗口。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》。目前，超彈性水凝膠的構(gòu)建策略大致可分為兩個(gè)模塊，一個(gè)是引入高階結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)工程策略，利用納米相分離、珍珠項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)和彈性體蛋白實(shí)現(xiàn)超彈性；另一個(gè)是該研究提出的耗散能分子工程，即通過調(diào)控非共價(jià)相互作用抵消在增強(qiáng)增韌過程中導(dǎo)致的屈服現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超彈性。研究人員通過實(shí)驗(yàn)和理論分別驗(yàn)證了采用耗散能分子工程構(gòu)建的超彈性水凝膠。在實(shí)驗(yàn)視角上，超彈性水凝膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)完美的線性，直至斷裂；連續(xù)的壓縮測(cè)試呈現(xiàn)可忽略的滯后和超快時(shí)間尺度的回彈（通常在秒內(nèi)恢復(fù)）。在理論視角上，第一性原理計(jì)算表面非共價(jià)相互作用之間的大結(jié)合能差有效為消除屈服提供調(diào)控策略，分子動(dòng)力學(xué)表明這種超彈性歸因于弱氫鍵在小應(yīng)變階段作為主導(dǎo)的耗散能，強(qiáng)金屬配位鍵在大應(yīng)變階段作為主導(dǎo)的耗散能，熱力學(xué)穩(wěn)定的鏈纏結(jié)作為超彈性支撐。其在具有優(yōu)異拉伸強(qiáng)度和線性彈性變形的同時(shí)，具有優(yōu)異的抗溶脹能力、生物相容性、親水性和類皮膚的彈性模量。因此，該研究為設(shè)計(jì)彈性且堅(jiān)韌的聚合物凝膠提供了潛在的概念和構(gòu)筑策略，并為工程凝膠材料互不兼容的物理和化學(xué)性能研究帶來(lái)了新視角。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202413334（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2024-10-10?第3版?綜合）