相比传统水凝胶，可拉伸聚合物水凝胶已广泛应用于组织工程和软体机器人等领域。基于水凝胶构筑过程中能量耗散机理的控制和微观结构的设计，研究人员提出了不同的方法，以进一步增加可拉伸聚合物水凝胶的强度、韧性以及抗疲劳等方面的性能。然而，这些策略总的来说是相互排斥的，比如增加水凝胶的强度常常以牺牲它的韧性为代价，即强度和韧性不可同时兼得。如何制备具有综合力学性能的高强韧聚合物水凝胶材料，仍然是一个挑战。
　　最近，新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院李林教授课题组的博士后研究员刘思俊博士通过表面功能化方法，首先制备得到预聚合高分子（海藻酸钠，SA）表面修饰的氨基化氧化石墨烯（A-aGO）。随后，通过一锅法，合成得到A-aGO填充的SA/PAAm纳米复合水凝胶（A-aGO/SA/PAAm）。相比于SA/PAAm双网络水凝胶，A-aGO/SA/PAAm纳米复合水凝胶表现出突出的强度和超高的韧性。增加的强度和韧性主要归因于双重能量耗散机理和多级网络结构的构筑。即A-aGO作为物理共交联剂，不仅参与了物理凝胶网络的形成，同时由于链转移反应，A-aGO也参与了PAAm化学网络的形成。当水凝胶受力变形时，SA聚集体的解缔合和SA链从A-aGO表面的解吸附有效耗散能量，同时多级网络的连接使外力在不同网络间传递，极大地提高了水凝胶的强度和韧性。这种水凝胶形成过程中多重增强机理和多级网络结构的设计是制备高强韧聚合物水凝胶的有效策略。

▲ A-aGO/SA/PAAm纳米复合水凝胶的力学性能

▲ A-aGO0.2/SACa-6/PAAm纳米复合凝胶的微观结构和抗疲劳能力

　　他们的研究还发现A-aGO可以赋予SA/AAm水凝胶显著的剪切变稀和触变特性，这样 A-aGO填充的SA/AAm水凝胶能够被用作3D打印机的油墨，把 A-aGO/SA/AAm水凝胶打印成不同形状的样品。在UV光照引发AAm单体聚合后，最后得到的A-aGO/SA/PAAm 3打印样品还展现出非常好的力学性能。

▲ A-aGO0.2/SACa-6水凝胶的流变学特性及3D打印A-aGO0.2/SACa-6/AAm水凝胶样品

　　研究结果发表于最新期的《ACS Applied Materials & Interfaces》

　　来源：高分子科学前沿