许多活组织，如肌肉，随着生长在机械上变得更强壮。然而，合成水凝胶通常表现出相反的尺寸-力学性能关系，即膨胀-弱化行为。在此，通过简单的金属离子溶液浸泡策略，开发了一系列膨胀而增强的聚两性电解质(PA)水凝胶。在该策略中，动态PA水凝胶(带有离子键)依次在ZrOCl2溶液(Step-I)和去离子水(Step-II)中透析得到平衡的水凝胶。由于特殊的Zr4+离子和PA网络结构，step i需要几个月的时间，样本量和力学性能不断增加，而step ii只需要几天。通过这种策略，所得到的水凝胶网络被重组，并最终由离子和金属配体键构建，使膨胀但增强行为成为可能。系统研究证实，Step-I的透析时间和相应的ZrOCl2浓度可以显著影响水凝胶的多相微观结构，导致不同的力学增强。优化后的水凝胶杨氏模量为39.2 MPa，抗拉强度为3.7 MPa，分别是原PA凝胶的302倍和5.5倍。尽管有明显的膨胀，这些水凝胶在机械性能上仍然超过了许多现有的高性能水凝胶。本研究为制备膨胀强化水凝胶开辟了一条新的途径。

图文简介

设计、制造和机械比较。a)传统聚丙烯酰胺凝胶与我们的PA-Zr4+凝胶膨胀后的比较。b) PA-Zr4+凝胶的设计与制备。“ASP”和“WEQ”分别表示制备时和水平衡状态。c) [Zr(OH)2(H2O)4]48+团簇的化学结构和本工作中使用的单体。d,e)三个代表性样品的宏观照片(d)和体积膨胀比 f,g)三个试样的拉伸行为:应力-应变曲线(f)，杨氏模量E (g-i)，拉伸强度σb (g-ii)。(g)中的值表示为平均值±SD (n≥3)。(a,d)中样品周围的虚线圈是手工绘制的，作为视觉指导。

WEQ-PA和WEQ-PA- zr4 +凝胶在ZrOCl2溶液中透析时的溶胀和结构特征。tdia = 195 d. a)样品宏观照片，b) Qv与。c)接触角图像;d)详细数据。e)样品FTIR光谱。f)二维SAXS图，g)样品对应的一维散射数据。h)特征长度d0，与。(b,d)中的值表示为平均值±SD (n≥3)。虚线为手工绘制，便于直观。

WEQ-PA-Zr4+凝胶的拉伸性能不同。tdia = 195 d。a)拉伸应力-拉伸曲线，b-d)试样的详细力学性能。e,f)样品在中尺度(e)和分子尺度(f)上网络随时间增加的演化示意图。深蓝色和浅蓝色区域分别代表软相和硬相。(b-d)中的数值表示为平均值±标准差(n≥3)。(b-d)中的虚线为手工绘制，作为视觉参考。

阿什比式图比较我们的WEQ-PA-Zr4+凝胶与其他一些强而坚韧的凝胶。a)杨氏模量和b)拉伸断裂强度与体积膨胀比图。数据点收集自表S7(支持信息)中提到的参考文献

论文信息

论文题目：Achieving Swollen yet Strengthened Hydrogels by Reorganizing Multiphase Network Structure

通讯作者：Yiwan Huang，李学锋

通讯单位：湖北工业大学

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