水凝胶由嵌入水中的稀疏网络组成。它们的高含水量使这些材料在食品科学、化妆品和生物工程中具有多种用途，但低弹性和弱机械性能会限制它们的应用范围。

近日，麻省理工学院Ippolyti Dellatolas，Irmgard Bischofberger揭示了具有吸引力的纳米填料-水凝胶复合材料的强力增强机制。

文章要点

1）通过测量含有填料纳米粒子的水凝胶的线性粘弹性特性，研究发现，当填料-水凝胶相互作用有吸引力时，纳米填料的体积分数出乎意料地低，可以实现模量的显着增加。

2）使用三维数值模拟，研究人员确定了增强的一般微观机制，这对于不同成分和浓度并含有不同尺寸的纳米填料的水凝胶基质是常见的。吸引相互作用导致纳米填料周围的凝胶密度局部增加。

3）有效填料由纳米填料及其周围的致密区域组成，组装成渗透网络，限制凝胶位移并增强整个系统的应力耦合。当应力变得强耦合时，会引起复合材料的整体增强。

这种仅依赖于有吸引力的填料与基体相互作用的物理增强机制，为将低纳米填料分数与增强的机械强度相结合的多功能复合材料提供了设计策略。

参考文献

Ippolyti Dellatolas, et al, Local Mechanism Governs Global Reinforcement of Nanofiller-Hydrogel Composites, ACS Nano，2023

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00716