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  生物組織，如軟骨、肌腱、韌帶、皮膚和植物細(xì)胞壁，同時實現(xiàn)高含水量和高承載能力。高含水量能夠運輸營養(yǎng)物質(zhì)和廢物，高承載能力為生物體提供結(jié)構(gòu)支撐，而這些功能的實現(xiàn)離不開生物組織的納米微結(jié)構(gòu)。近幾十年來，高含水量的合成材料得到了發(fā)展，但很少能夠?qū)崿F(xiàn)高承載能力（圖 1A）。水凝膠由于彈性聚合物網(wǎng)絡(luò)，很難實現(xiàn)高模量。玻璃織物和水凝膠的復(fù)合材料具有高彈性模量和韌性，但其并不適合需要復(fù)雜形狀和精細(xì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

  作者進一步對一些實驗現(xiàn)象進行機理的討論。第一個實驗現(xiàn)象是在第三階段，水凝膠相和玻璃相都停留在納米量級不再繼續(xù)粗化。作者認(rèn)為界面能和 PMMA-Water-AAc 單一相的彈性能之間的競爭是相粗化被阻止的原因。AAc 單體聚合所造成的混合熵的降低是相分離的主要驅(qū)動力。隨著 AAc 單體聚合成 PAAc，PMMA-Water-AAc 相轉(zhuǎn)變?yōu)閮上唷Ｐ孪嗟纳L伴隨著 PMMA-Water-AAc單一相的變形。作者采用互穿網(wǎng)絡(luò)中的相分離模型進行分析，模型預(yù)測相的平衡尺寸與觀察到的大小一致。

  第二個現(xiàn)象是第三階段的納米復(fù)合材料在水中的溶脹平衡。在納米復(fù)合材料中，溶脹主要發(fā)生在凝膠相，但卻同時受限于玻璃相的塑性變形。在平衡狀態(tài)下，玻璃相中的殘余應(yīng)力平衡了凝膠相中的滲透壓。作者通過模型預(yù)測的滲透壓為 12 MPa，與納米復(fù)合材料的屈服強度相當(dāng)（圖 2D）。當(dāng)接近溶脹平衡后，滲透壓降低到 ~ 3 MPa，小于玻璃相的屈服強度，因此納米復(fù)合材料不再膨脹。

  文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2203962119

  部分作者簡介：

  張國高，現(xiàn)哈佛大學(xué)工學(xué)院博士后（導(dǎo)師為鎖志剛教授），浙江大學(xué)化工學(xué)院博士（導(dǎo)師為謝濤教授）。在高分子材料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及軟材料力學(xué)領(lǐng)域開展研究，以第一及共一作者在 Science, PNAS, Nat. Commun., Angew., Adv. Funct. Mater. ACS Macro Lett., Extreme Mech. Lett.等雜志發(fā)表論文多篇。