與常規(guī)材料受熱軟化不同，熱致硬化水凝膠加熱后迅速變硬，在沖擊防護、智能織物、儲熱、形狀記憶等領域有著巨大的應用潛力。特別是，近年來開發(fā)的鈣離子交聯(lián)的聚丙烯酸水凝膠可實現(xiàn)從粘流或橡膠態(tài)至玻璃態(tài)的LCST型相轉變，模量提升幅度高達13000倍，極大拓展了其應用領域。然而，熱致硬化水凝膠升溫硬化速度較快（約幾秒），但降溫軟化普遍需要較長的時間（大于30 min），非常不適于需要快速軟硬切換的應用場景（如柔性防護和致動）。如何在不損失熱硬化效應的同時加速降溫軟化動力學成為制約熱致硬化水凝膠特定場景應用的關鍵難題。
東華大學武培怡/孫勝童團隊近年來致力于通過“聚合物網(wǎng)絡工程”開發(fā)多種刺激硬化智能軟材料：基于多尺度網(wǎng)絡設計合成了應變硬化離子皮膚（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；基于熵驅動聚電解質-礦物納米簇相互作用制備了強烈熱致硬化水凝膠（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960）；通過應變速率誘導相分離開發(fā)了剝離硬化自粘附離子液體凝膠（Adv. Mater. 2023, 35, 2310576）；基于高熵罰鹽橋氫鍵合成了沖擊硬化超分子聚合物（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 7533）；利用自適應模量變化制備了隨溫度粘滑可切換的相分離氟凝膠（Adv. Mater. 2024, 36, 2411273）。
近期，該團隊分析認為，熱致硬化水凝膠降溫恢復較慢的主要原因在于較慢的物質擴散動力學：升溫誘導水凝膠發(fā)生快速液-固相分離，形成玻璃態(tài)聚合物富集相和溶劑富集相，但降溫軟化過程依賴于聚合物富集相的再度水合和溶解，所需時間較長。因而，改變相分離結構以促進擴散動力學應能從根本上克服軟化速度較慢的難題。
圖1. 高熵相分離熱致硬化水凝膠的工作原理
圖2. 熱致硬化水凝膠的力學性能
圖3. 熱致硬化水凝膠的軟化動力學分析
圖4. 高熵相分離熱致硬化響應的機理分析
以上研究成果近期以“High-entropy thermal-stiffening hydrogels with fast switching dynamics”為題，發(fā)表在《National Science Review》上。東華大學化學與化工學院碩士研究生李麗為文章第一作者，孫勝童研究員和武培怡教授為論文共同通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf072
