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  近年來，凝膠材料獨特且高度可調(diào)的力學特性已引起各學科的極大關注。然而，溶劑在凝膠內(nèi)外的動態(tài)遷移，容易干涸或溶脹，穩(wěn)定性低，已經(jīng)成為制約凝膠材料深入應用的瓶頸問題。雖然已經(jīng)開發(fā)出多種策略來提高凝膠的穩(wěn)定性，然而，從熱力學角度來看，聚合物可能始終處于某種 "平衡溶脹 "狀態(tài)，如果凝膠中的溶劑含量偏離平衡狀態(tài)，溶劑的遷移是難以避免的。若要準確控制凝膠中的溶劑含量，需要有效抑制溶劑遷移的動力學過程。

圖1. 基于“分子阻塞”超分子機制的有機凝膠構建思路

  機械互鎖作用通過分子結構中的幾何關系而非共價鍵將不同的分子連接起來，這使得非共價連接的分子可以從動力學角度保持穩(wěn)定的聚集。西安交通大學化學學院“智能高分子”團隊的吳宥伸副教授和張彥峰教授，從機械互鎖超分子原理中汲取靈感，提出了“分子阻塞”的超分子機制，利用溶劑分子與交聯(lián)網(wǎng)狀結構之間的尺寸差異帶來的阻滯，有效抑制溶劑在凝膠內(nèi)的遷移。

圖2. “分子阻塞”有效限制溶劑遷移

圖3.大范圍內(nèi)材料模量的連續(xù)調(diào)控與高阻尼特性

  此外，分子堵塞效應作為一種非共價耗散機制，賦予了“分子阻塞”凝膠獨特的粘彈性力學，使其具有超高阻尼，在全模量調(diào)控范圍內(nèi)的阻尼系數(shù)大于0.3，最大阻尼系數(shù)達 1.9；在 10,000 s^-1 的霍普金森分裂壓桿測試中，最大沖擊韌性達到 40.68 MJ m^-3，達到和超過了商業(yè)化的聚氨酯和聚脲材料。具有超低模量和高阻尼的“分子阻塞”凝膠可有效保護雞蛋從 1 米高處掉落而不發(fā)生破裂，高強度“分子阻塞”凝膠可保護陶瓷裝甲經(jīng)受步槍射擊6次而不發(fā)生碎裂。 

圖4.“分子阻塞”凝膠優(yōu)異的阻尼抗沖擊效果

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306882

  課題組主頁：https://gr.xjtu.edu.cn/web/yanfengzhang