武汉大学蔡杰课题组最近在《先进功能材料》上报道了一种双网络水凝胶。这种水凝胶强度高、韧性高，并以天然高分子纤维为主要原料。

纤维素是一种取之不尽、用之不竭的天然高分子，其结构为D型葡萄糖相互连接而成的线型刚性高分子链。纤维素的亲水性、手性、生物降解性使之成为重要的材料原料，目前在化学新材料领域中占据一席之地。

武汉大学蔡杰与张俐娜研究团队最近用纤维素为原料制备了高强度、高韧性的双网络水凝胶，这是科研界第一次开发出高强度、高韧性的纤维素水凝胶。

为了使凝胶材料获得高强度性质，研究者使用双网络水凝胶的思路进行制备。具体方法为：先将纤维素溶解在氢氧化锂/尿素的混合溶液中，随后加入表氯醇作为交联试剂，在一定时间后，就形成了第一个化学交联的三维网络。再进行中和，这样就形成了基于氢键、链缠结和纤维素II微晶水合物的的第二个三维网络。

研究者制备该双网络水凝胶的制备过程示意图

得到的双网络水凝胶呈现透明或者是半透明的外观，水含量在84-96%。值得一提的是，这种水凝胶可以折叠，压力解除后可以迅速恢复原始形状。

图a&c：经过单一化学或者物理因素交联的水凝胶，受到较大压力后凝胶破裂。图b：双网络水凝胶

另外，这种凝胶具有很好的形状可塑性。作为概念的展示，研究者将其制备成球状。这个凝胶球具有很强的机械性能与恢复性能，甚至可以作为乒乓球来使用。

研究者用这个凝胶做成了一个乒乓球

随后，研究者使用3D拉曼光谱、原子力显微镜等多种表征技术证明了材料的双网络特点。

图a&b：3D拉曼光谱中可以观察到两种不同的颜色，代表着双网络造成的两种不同的化学微环境。图c：单一化学或物理因素交联的拉曼光谱图。图d：原子力显微镜图像。

研究者希望这种材料可以作为新型的生物医用材料，并对其他多糖类天然高分子材料的开发也有着借鉴意义。

参考文献：Zhao D, Huang J, Zhong Y, et al. High-Strength and High-Toughness Double-Cross-Linked Cellulose Hydrogels: A New Strategy Using Sequential Chemical and Physical Cross-Linking[J]. Advanced Functional Materials, 2016.

————来源：高分子科学前沿