纖維復合水凝膠，這“團結”比鋼還強！

材料牛注：材料的復合遠非簡單的性能疊加，在材料的世界，質的飛躍不一定要有量的積累，讓我們來體味一下纖維復合材料性能的質變之美。

水凝膠在小到傷口敷料大到軟體機器人的幾乎所有領域都具有潛在的應用價值，但是由于缺乏韌性，水凝膠的應用至今仍受到極大限制。北海道大學的一個研究團隊合成了一種新的水凝膠復合材料，或稱之為纖維增強軟性復合材料。雖然這種材料僅僅是將水凝膠和纖維織物復合，但其強度卻可以達到碳鋼的五倍之多。

復合材料已有千年的歷史，其原理也相當簡單。一種非常軟的東西可以通過復合變硬，就如在泥巴里加入稻草，再經過熱處理工藝使其蛻變成強度很高的磚塊。類似的應用還有在磚塊中加入一些碎陶瓷，在陶瓷中加入一些貝殼碎片，在塑料中加入玻璃纖維等等。纖維增強水凝膠的合成與在塑料中加入玻璃纖維非常相似。水凝膠由親水聚合物鏈組成，能吸收高達90%的水分。這種材料強度不高，也不耐用，但是加入一些玻璃微型纖維后，就變得強韌、可彎曲，彈性也非常好。

纖維增強水凝膠的SEM圖片

據研究人員介紹，這種復合水凝膠的強度相當高，或許是由于纖維與水凝膠之間以及水凝膠內部的動態離子鍵所致。用聚兩性電解質凝膠和一根直徑為10um的玻璃纖維做測試，根據材料斷裂所需的外力大小進行判斷，發現復合水凝膠的強韌性是玻璃纖維的25倍，水凝膠的100倍，而強度則是碳鋼的5倍。

龔建平博士說：“纖維增強水凝膠含有40%的水分，是一種環境友好型材料。這種材料由于它可靠、耐用、彈性好，而具有廣泛的潛在應用。除了在時尚界和制造業的應用外，它還可以用作承受強負荷張力的人工韌帶和肌腱。”

該研究成果已發表在Advanced Function Materials上。

原文鏈接：Fiber-reinforced hydrogel is 5 times stronger than steel

參考文獻：Energy-Dissipative Matrices Enable Synergistic Toughening in Fiber Reinforced Soft Composites

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，李一凡編譯，薛文嘉審核，點我加入材料人編輯部。

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