水凝膠作為含水的交聯網路，兼具液體的傳質性和固體的彈性，在組織工程、柔性電子、軟機械等領域具備應用前景。然而，水凝膠的韌性和剛度往往成反比，如何平衡水凝膠的韌性和剛度，使水凝膠兼具優異的韌性和模量，還能滿足複雜的機械載荷要求的水凝膠還存在一定挑戰性。
陝西科技大學輕工科學與工程學院張慧潔副教授、遊翔宇副教授等利用溶劑交換法開發了一種/聚（N，N-二甲基丙烯醯胺）（PDMA）和海藻酸鈉（SA）/Ca2+的雙交聯網路木質素基。得益於這種多層次的剛性網路和能量耗散結構，製得的木質素基水凝膠具有8.7 MPa的拉伸模量、97000 J m -2的斷裂能和25 MJ m -3的拉伸功及接近95%的能量耗散比例，並具有抗穿刺和優異的防撞保護效能。同時，受木質素密集區在形變時對離子通道的擠壓作用的影響，該水凝膠在較大應變時表現出優異的應變敏感性，其靈敏係數（GF）為7.78。這種兼具高模量、超韌性和優異感測能力的木質素基水凝膠，在極限運動保護和可穿戴感測器中顯示出應用潛力。
圖1 雙交聯網路木質素基水凝膠的合成路徑及結構
圖2 雙交聯網路木質素基水凝膠的基本力學效能
圖3 雙交聯網路木質素基水凝膠的結構解析
圖4 雙交聯網路木質素基水凝膠的能量耗散解析
圖4 雙交聯網路木質素基水凝膠的感測效能
該研究以“Advanced Lignin-based Hydrogels with Superior Stiffness, Toughness, and Sensing Capabilities”為題發表於國際頂級期刊Advanced Functional Materials。陝西科技大學碩士研究生李欣鴻為論文的第一作者，陝西科技大學張慧潔副教授、遊翔宇副教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和陝西省重點研發專案的資助。
來源：高分子科學前沿
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