久久99人妻无码精品一区二区,毛茸茸厕所偷窥xxxx,色综合网

研究背景

水凝膠是一種具有軟性和含水性質的材料，在生物醫學工程、軟體機器人和環境研究等領域展現出了巨大的應用潛力。然而，傳統水凝膠在實際應用中存在著一個關鍵問題，即其低機械強度和韌性。這意味著傳統水凝膠在承受機械載荷時容易發生破裂，從而限制了其廣泛應用的可能性。

為了解決這一問題，科學家們長期致力于開發機械強度和韌性更高的水凝膠。他們發現，傳統水凝膠的糟糕機械性能主要源自于其內在特性，例如聚合物密度分布不均勻、缺乏能量耗散機制以及含水量過高等。因此，科學家們開始探索各種新的設計策略，以改善水凝膠的機械性能，從而實現其在各個領域的廣泛應用。

成果簡介

針對這一挑戰，日本北海道大學（Hokkaido University）龔劍萍、李薛宇兩個人在“Nature Reviews Materials”期刊上發表了題為“Design principles for strong and tough hydrogels”的最新綜述論文。

本綜述旨在解決水凝膠低機械強度和韌性的問題，并提出了一系列解決方案。首先，作者從分子結構和膨脹或脫水的角度出發，分析了這些因素對水凝膠機械性能的影響，包括彈性模量、可延展性、強度、韌性和疲勞抗性等。然后，作者討論了主要的設計策略，包括改變水凝膠的拓撲結構、引入能量耗散機制以及增強高階結構等。最后，作者強調了開發具有組織樣自生長特性的自強化水凝膠的重要性，并探討了未來發展方向。

IF=83.5 頂級綜述！一作+通訊，水凝膠最新Nature Reviews Materials！

研究亮點

（1）本文首次探索了水凝膠的設計原則，旨在解決其低機械強度和韌性的問題。

（2）通過分析水凝膠的基本結構特征，研究人員發現傳統水凝膠存在網絡不均勻性和缺乏能量耗散機制等固有特點。

（3）針對水凝膠的機械性能瓶頸，研究者提出了三大設計策略：設計拓撲結構、引入能量耗散機制和引入高階結構。

（4）在實驗驗證階段，研究團隊成功開發了具有高機械強度和韌性的水凝膠，并分別在彈性凝膠和粘彈性凝膠中進行了有效的實踐。

（5）實驗結果顯示，采用這些設計策略后，水凝膠的斷裂能量和疲勞閾值得到了顯著提高，彈性模量和強度也得到了有效增強。

（6）此外，實驗還表明，采用這些策略設計的水凝膠具有自生長和自強化的特性，能夠更好地適應周圍環境，類似于生物系統的特性。

（7）綜合實驗結果和分析，本研究為開發實用的水凝膠材料提供了重要的設計原則和方法，為軟材料領域的進一步研究和應用奠定了基礎。

圖文導讀

圖1：水凝膠溶脹、去溶脹和斷裂行為。

圖2：溶脹（彈性）水凝膠。

圖3：去溶脹（粘彈性）水凝膠和具有高階結構的水凝膠。

圖4：基于各種策略制造的水凝膠，斷裂能以及疲勞閾值與彈性模量和強度關系。

圖5: 疲勞斷裂測量和增強水凝膠抗疲勞機制。

圖6: 機械化學強化和自生長水凝膠策略。

圖7: 雙網絡double-network，DN水凝膠中，力誘導的自生長和增強。

總結展望

本文對水凝膠這一類軟性材料的深入理解和創新設計。通過結合基礎科學和工程實踐，作者不僅能夠了解水凝膠的機械性能和結構特點，還能夠針對實際應用需求進行有針對性的設計和改進。從基礎科學的角度來看，作者深入探討了水凝膠的非線性粘彈性特性，并提出了新的斷裂力學理論，以解決其動態行為與傳統理論之間的矛盾。這一理論的發展為水凝膠材料的設計和改進提供了新的思路和方法。

從工程實踐的角度來看，作者探討了如何開發具有與特定生物組織相匹配的水凝膠，以滿足實際應用的需求。作者不僅考慮了水凝膠的機械性能，還關注了其生物相容性和生化穩定性，以確保植入體內的水凝膠人工組織具有長期穩定的結構和功能。同時，作者也探討了水凝膠作為一種開放系統的特性，以及如何利用這一特性開發具有新功能的材料，例如利用機械能驅動化學反應的力催化材料。這些工程實踐的思考為水凝膠材料在生物醫學和其他領域的應用提供了新的可能性和方向。

綜合基礎科學和工程實踐，本文在理論和應用兩個層面上為水凝膠材料的研究和開發提供了啟示。通過深入理解水凝膠的機械性能和結構特點，以及探索其在實際應用中的挑戰和機遇，作者可以更好地設計和改進水凝膠材料，從而推動其在生物醫學工程和其他領域的廣泛應用。

文獻信息

Li, X., Gong, J.P. Design principles for strong and tough hydrogels. Nat Rev Mater (2024).

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/12/397f1f3aaa/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

IF=83.5 頂級綜述！一作+通訊，水凝膠最新Nature Reviews Materials！

相關推薦