传统水凝胶通常难以兼具刚性和韧性，极大地限制了其作为结构材料的应用。过去十余年间，研究人员利用分子工程创新结构，试图提升水凝胶的综合力学性能。例如双网络水凝胶可通过牺牲键耗散能量以增强韧性，但未能从根本上改善材料的韧性，经优化的双网络水凝胶的韧性也很难超过10 MJ m-3，断裂应力通常仅为几兆帕。因此，从分子到微米尺度设计、调控水凝胶的力学性能并解译其增韧机制，对于创制兼具强度和韧性的先进水凝胶至关重要。
为了改善水凝胶的力学性能，南京林业大学金永灿、姜波团队从现有的不同尺度水凝胶层状结构原理得到启发，在微纳和分子水平调控水凝胶结构。提出了多溶剂高温退火策略，用于构建具有超强、强韧、可拉伸且抗疲劳特性的木质素基超分子水凝胶。研制的水凝胶展现出高模量（74.4 MPa）、高韧性（90 MJ m-3）、高撕裂强度（34000 J m2）、高拉伸强度（24.8 MPa）以及高抗压强度（60 MPa）。此外，这类木质素基超分子水凝胶还表现出卓越的抗疲劳性、生物相容性以及活性氧清除活性。为开发模拟生物医学承重材料（如天然肌腱和韧带）的生物材料提供了一种新的设计策略和应用潜力。该研究以题为“Multi-Solvent-Induced Gradient Aggregation Rendered Superstrong, Tough, Stretchable, and Fatigue-Resistant Lignin-Based Supramolecular Hydrogels”的论文发表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。
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