武大陈朝吉/施晓文/欧阳稳根ACS Nano：多尺度微/纳米纤维网络构建可压缩、抗疲劳和快速形状恢复的冷冻凝胶

具有超高压缩性能、抗疲劳性能和快速恢复能力等极端机械性能的低温材料在生物医学、环境修复和储能应用中极具吸引力，但这在人造材料中很难实现， 在高应变循环压缩条件下，平衡这些力学性能之间的权衡仍然具有挑战性。此外，大多数低温凝胶都是由石化基材料建造的，这 造成 了巨大的生产成本和环境 污染 。就环境影响而言，生物来源 的 材料 ， 如纤维 素、丝绸和壳聚糖由于其可再生性、生物降解性和生物相容性是自然优异的选择。然而，由于缺乏分层 多级 纳米 结构的设计 ，开发具有极端力学性能的生物质 冷冻凝胶 仍然具有挑战性 。

武汉大学 陈朝吉、施晓文 、欧阳稳根 教授团队 受蜘蛛网多尺度宏观 /微纤维网络结构的启发，通过冷冻诱导的物理化学交联构建了一种含微纳米纤维（CMNF）的超弹性壳聚糖低温凝胶。 壳聚糖链在剪切流诱导下定向组装成高纵横比的微纤维和纳米纤维，并进一步组装成具有交错的微纤维和纳米纤维的相互连接的三维（ 3D）网络结构。在这种多尺度网络中，连接微纤维的纳米纤维提高了稳定性，而微纤维通过长程相互作用提高了CMNF低温胶的弹性。双尺度纤维的协同作用赋予 CMNF冷冻 凝胶 非凡的机械性能，优秀的抗疲劳性和快速水触发形状恢复 。该研究以 ” Bioinspired Multiscale Micro-/Nanofiber Network Design Enabling Extremely Compressible, Fatigue-Resistant, and Rapidly Shape-Recoverable Cryogels ” 为题发表在 23年《 ACS N ano 》上。

【文章亮点】

(1) 构建了一个高度可压缩和弹性的壳聚糖低温凝胶 （称为 CMNF冷冻凝胶） ，由相互连接的混合微 /纳米纤维 组成，通过冷冻诱导的物理化学交联排列成一个相互连接的三维网络结构。

(2) 受益于微纤维和纳米纤维的协同效应，具有较高的可压缩性，优异的抗疲劳性和快速的水触发形状恢复。

图 1 蜘蛛网启发的多尺度设计的超压缩低温与微纤维 −纳米纤维缠绕多尺度结构 。

图 2 CMNF冷冻 凝胶 的制备工艺及结构表征 。

图 3 CMNF 冷冻 凝胶的力学性能 。

图 4 CMNF 冷冻 凝胶的结构性能。

图 5 三种 纤维 网络的 机械 性能 模拟。

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