如图所示的强化水凝胶包含两种组分:一种相互交联的(黑点)高度可伸缩的长链聚合物网络(黑色)，和一种机械能消散的可逆交联(黄色虚线)的聚合物网络(红色)。通过化学锚定作用(黄色钉子)将柔性长链网络固定到固体表面，就可以得到一种强键无孔材料。资讯来源:自然材料。

研究人员开发出的这种简单的水凝胶大多是金属、玻璃和塑料等的固体表面。直到现在，人们还无法制备出水凝胶与无孔表面的强键。

麻省理工学院的机械工程教授XuanheZhao 和他的同事使用这项新技术，制备出的坚硬的水凝胶是透明的，具有导电性和生物相容性，可以在水下发挥作用。该研究结果发表在《自然材料》上。

Zhao 说：“基于传统，人们认为水凝胶是很脆弱的材料，无法作为结构材料或功能材料使用。通过这项技术，可以将水凝胶材料与其他材料结合，形成坚硬的混合材料。”

这种新型混合材料可以作为弹性关节机器人的部件使用;也可以将柔性电子设备嵌入或附着在水凝胶中;可以制备坚硬的神经探针和医疗传感器作为具有生物相容性的涂层;还可以作为防污涂料作用于船体及石油钻井平台。

软、硬材料之间的强键作用在自然界中是很常见的。例如，软骨和肌腱与骨连接的键强约800焦耳/平方米。贻贝和藤壶粘性胶附着在硬表面的韧性约500焦耳/平方米。

人工制备出水凝胶和水聚合物网络固体表面的强键作用是具有挑战性的，这是因为不同的材料具有不同的性质。已经有人通过将凝胶材料植入使得水凝胶与多孔金属和聚合物实现混合，但是迄今为止，水凝胶与无孔表面的强键过于脆弱。

Zhao 和他的同事通过两种方法相结合制备出坚硬的水凝胶材料:化学锚固作用和机械能量耗散机制。这种水凝胶有两种组分:一种相互交联的高度可伸缩的长链聚合物网络和一种机械能消散的可逆交联的聚合物网络，使得水凝胶在拉伸作用下不会开裂。研究团队用硅烷化学添加剂添加到柔性聚合物的表面。固体表面的水凝胶大约具有1000 J / m2的韧性。

团队还将固体表面添加硅烷3 -甲基丙烯酸丙酯，制成交联柔性长链聚合物聚丙烯酰胺和聚乙二醇丙烯酸硅烷。他们还添加了可逆交联的海藻酸、壳聚糖、透明质酸等。

为了证明水凝胶的韧性，研究团队将两块玻璃板利用1.5毫米厚、5厘米×5厘米的水凝胶粘合，悬挂55磅的重物。他们还将水凝胶黏在硅晶片上，用锤子打碎晶片，硅晶片破碎但水凝胶依然保持原样。

德克萨斯大学奥斯汀分校的材料科学与工程教授 Guihua Yu并没有参与该项研究，他说：“这种简单的制造方法可以在水凝胶与多种固体之间产生强键。该技术的主要限制是固体表面必须使用合适的锚定化学改性剂。这种方法可以应用于各种固体表面，在不同的技术领域将具有很大的应用潜力。”

————引自“新材料在线”