在材料科学领域，开发兼具高强度、耐磨性和自愈能力的新型材料一直是研究的热点和难点。传统水凝胶虽然具有良好的生物相容性和可调节的机械性能，但在实际应用中往往面临强度不足、耐磨性差和自愈能力有限等问题。为了突破这些限制，研究人员开始从自然界中寻找灵感，尤其是模仿天然软骨的独特结构和功能。
天然软骨是一种具有高强度、低摩擦系数和优异耐磨性的生物材料，其内部结构类似于混凝土，由胶原纤维（类似钢筋）和糖蛋白基质（类似水泥）组成，能够有效分散应力并承受高负荷。
受此启发，研究人员开发了一种新型的PVA/PEG（聚乙烯醇/聚乙二醇）水凝胶，通过模拟软骨的“钢筋水泥”结构，实现了多尺度应力分散和显著提升的机械性能。
吉林大学马志超、任露泉院士
等人
在PVA/PEG水凝胶的设计中，PVA/PEG纤维网络充当“钢筋”，提供高强度和韧性；而部分未溶解的PVA颗粒则作为“水泥”，填充在纤维网络之间，进一步增强材料的整体强度和耐磨性。
这种独特的结构设计不仅赋予了水凝胶高强度（模量达50 MPa）和高拉伸强度（高达4.2 MPa），还使其在抗冲击、抗疲劳和自愈能力方面表现出色。此外，该水凝胶还展现出高灵敏度、高线性和快速响应的传感性能，能够实时监测外部压力变化，为智能防护装备和软体机器人领域提供了新的高性能材料解决方案。
1.主要内容
图1 材料设计与潜在应用
该水凝胶通过模拟软骨的混凝土结构，利用PVA/PEG纤维网络作为“钢筋”，部分未溶解的PVA颗粒作为“水泥”，实现了多尺度应力分散。
这种设计不仅提高了水凝胶的机械性能，还使其在智能防护装备中展现出优异的传感性能，如高灵敏度、高线性和快速响应时间。此外，图中还展示了水凝胶在润滑、负载承载和能量耗散方面的应用潜力，为开发高性能防护和传感设备提供了新的思路。
图2 BPP水凝胶的机械性能
通过与天然软骨和其他PVA/PEG水凝胶的对比，BPP水凝胶在拉伸强度（10.5 MPa）、压缩强度（29.5 MPa）和硬度方面表现出色，接近天然软骨的性能。此外，BPP水凝胶在循环疲劳测试中表现出显著的耐久性，即使在100万次压缩循环后，其性能仍保持稳定。这些结果表明，
BPP水凝胶不仅具备高强度和韧性，还具有优异的耐久性和稳定性
，适合用于需要高机械性能的应用场景。
