记者5月29日从湖北工业大学获悉，该校材料与化学工程学院微纳米及软物质科研团队李学锋教授、黄以万副教授设计出一种简单的二次平衡法，并利用该方法开发出一系列溶胀但力学性能增强的水凝胶材料，其力学性能优于许多已报道的高性能水凝胶。这一研究改变了研究者对水凝胶“溶胀—力学性能弱化”的普遍认知，为研发溶胀且增强的水凝胶材料提供了一种简易方法。相关研究成果日前在《先进功能材料》上发表。
作为一类十分重要的软物质，高分子水凝胶具有类似于生物软组织的软、湿等物理特性，在生物组织工程、药物输送、软体机器人等诸多领域表现出十分迷人的应用前景。
然而，合成高分子水凝胶通常并不遵循生命体系中“长大—变强”的自然规律。当在水或稀溶液中溶胀时，高分子网络被稀释会导致链密度降低，合成水凝胶通常表现出与生命体系相反的几何尺寸—力学性能关系，即尺寸变大却力学性能弱化现象。
但设计并开发一种类似于生命体系中尺寸变大而力学性能增强的水凝胶充满挑战。为提升高分子水凝胶的力学性能，研究者们目前倾向于在水凝胶网络中引入更多的物理或化学键合，增强高分子链间的相互作用，实现力学性能强化目的。而湖北工业大学研究团队设计出一种简单的二次平衡法，并制备出一系列溶胀却力学性能增强的水凝胶材料。
为探究该水凝胶体系中溶胀且力学性能增强的行为，研究团队进一步系统研究了初始水凝胶在金属盐溶液中的透析时间及盐溶液浓度对其物理、化学结构及力学性能的影响，结果表明，这两种因素均会显著影响水凝胶多相微结构重构及溶胀且力学性能增强的行为。
李学锋介绍，随着透析时间增加，水凝胶样品的体积先迅速增大，然后经历一段较缓慢的降低，最后趋于稳定，这一过程持续数月。在这个缓慢的透析过程中，初始水凝胶网络的多相微结构尺寸先显著降低后缓慢变大，最后趋于与初始水凝胶相似。
相似地，随着金属盐溶液浓度的增加，水凝胶的体积先快速增加后缓慢降低。尽管最终得到的水凝胶体积明显“长大”，其力学性能却显著增强。这项研究为聚电解质水凝胶网络在金属离子溶液中的行为提供了新见解。