水凝膠由嵌入水中的稀疏網絡組成。它們的高含水量使這些材料在食品科學、化妝品和生物工程中具有多種用途，但低彈性和弱機械性能會限制它們的應用范圍。
近日，麻省理工學院Ippolyti Dellatolas，Irmgard Bischofberger揭示了具有吸引力的納米填料-水凝膠復合材料的強力增強機制。
文章要點
1）通過測量含有填料納米粒子的水凝膠的線性粘彈性特性，研究發現，當填料-水凝膠相互作用有吸引力時，納米填料的體積分數出乎意料地低，可以實現模量的顯著增加。
2）使用三維數值模擬，研究人員確定了增強的一般微觀機制，這對于不同成分和濃度并含有不同尺寸的納米填料的水凝膠基質是常見的。吸引相互作用導致納米填料周圍的凝膠密度局部增加。
3）有效填料由納米填料及其周圍的致密區域組成，組裝成滲透網絡，限制凝膠位移并增強整個系統的應力耦合。當應力變得強耦合時，會引起復合材料的整體增強。
這種僅依賴于有吸引力的填料與基體相互作用的物理增強機制，為將低納米填料分數與增強的機械強度相結合的多功能復合材料提供了設計策略。
參考文獻
Ippolyti Dellatolas, et al, Local Mechanism Governs Global Reinforcement of Nanofiller-Hydrogel Composites, ACS Nano，2023
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00716
