Nat. Commun：由蜘蛛丝启发的强韧水凝胶纤维具有抗冻和保水特性

理想的水凝胶纤维具有高韧性和环境耐受性，是其作为驱动元件和传感元件在柔性电子产品中的长期应用所不可缺少的。然而，目前的水凝胶纤维由于其固有的弱分子（链）相互作用，表现出机械性能差和环境不稳定性。受离子对蛛丝网络结构多级调节的启发，我们构建了具有精细离子交联和晶体结构域的仿生水凝胶纤维。仿生水凝胶纤维的韧性为每立方米162.25 ± 21.99 兆焦耳，与蜘蛛丝的韧性相当。所展示的仿生结构工程策略可推广到其他聚合物和无机盐，用于制造具有广泛可调机械性能的水凝胶纤维。此外，在构建仿生结构时引入无机盐/甘油/水三元溶剂，可使水凝胶纤维具有抗冻、保水和自再生特性。这项工作为制造具有高机械性能和稳定性的水凝胶纤维以用于柔性电子器件提供了思路。

图文简介

受蜘蛛丝的启发，利用无机盐的离子配位和霍夫迈斯特效应，设计了一种具有离子和晶体交联结构的水凝胶纤维。

S-PAZr 的结构演变和增韧机制

S-PAZr水凝胶纤维的力学性能

将BSE策略推广到Hofmeister效应敏感聚合物和无机盐的不同组合

采用BSE策略制备的S-PAZr水凝胶纤维的环境耐受性

S-PAZr水凝胶纤维的柔性传感性能

受离子对蜘蛛丝网络结构多级调节的启发，我们提出了一种BSE策略，用于制造具有高机械性能和环境耐受性的水凝胶纤维。采用BSE策略和改进的自润滑纺丝策略制备的仿生水凝胶纤维，通过离子交联和结晶域的协同作用耗散能量，其韧性达到162.25 ± 21.99 MJ/m3，与蜘蛛丝相当。此外，仿生水凝胶纤维可通过调节离子交联和结晶域轻松定制其机械性能，尤其是弹性模量可从凝胶水平提高到塑性水平（0.27 ± 0.025-118.53 ± 5.49 MPa）。得益于Gly的强氢键和无机盐的水合作用，仿生水凝胶纤维在-40 °C下表现出0.0014 mS/cm的导电性和优异的机械性能（应力 > 50 MPa，应变 > 200%），并能自发捕捉水分子，在脱水后自我再生至原始状态。更重要的是，研究发现所提出的BSE策略可适用于Hofmeister效应敏感聚合物和无机盐的不同组合。考虑到离子配位和霍夫迈斯特效应在各种聚合物和溶剂体系中的普遍性，我们相信BSE策略可以应用于更多体系，以促进其应用。

论文信息

通讯作者： Wen Feng,， Yurong Yan