能夠快速耗散機(jī)械能的水凝膠在沖擊保護(hù)、減震和增強(qiáng)耐損傷等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，并且在可穿戴傳感器、軟體機(jī)器人和組織工程中的需求日益增加。傳統(tǒng)材料的能量吸收通常依賴于粘彈性機(jī)制，尤其是犧牲鍵的斷裂，犧牲鍵的斷裂會釋放儲存在這些鍵中的焓能和聚合物鏈的彈性能。然而，增強(qiáng)能量耗散需要高能量的犧牲鍵，這會導(dǎo)致交聯(lián)再形成速度變慢，影響水凝膠的快速恢復(fù)。其實(shí)摩擦在自然界的能量耗散中也起重要作用，通過滑動摩擦也能有效地耗散能量。
受此啟發(fā)，最近南京大學(xué)的王煒、曹毅和薛斌團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于分子摩擦的快速阻尼水凝膠，其內(nèi)在結(jié)構(gòu)促進(jìn)“鏈行者”在網(wǎng)絡(luò)中的摩擦運(yùn)動，有效地耗散機(jī)械能量，并且特殊設(shè)計(jì)的水凝膠網(wǎng)絡(luò)允許其阻尼能力在幾秒鐘內(nèi)快速恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)表明，因其高效的能量阻尼和快速回復(fù)特性，這種水凝膠在重復(fù)壓縮下能顯著保護(hù)被包裹的細(xì)胞免受機(jī)械損傷。因此，這種水凝膠在人工肌肉和合成軟骨等動態(tài)負(fù)載應(yīng)用中具有巨大的潛力，拓展了水凝膠阻尼器在生物力學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。該研究以“Rapidly damping hydrogels engineered through molecular friction”為題發(fā)表在最近一期的《Nature Communications》上。
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