近日，理学院“纳米农业培育创新”团队在自然指数期刊《ACS Nano》发表了题为《Load Bearing Organogels: Hierarchical Anisotropic Composite Structure for High Mechanical Toughness and Antifatigue-Fracture Capability under Extreme Conditions》（承重有机凝胶：各向异性多层级复合结构在极端条件下实现高机械韧性及抗疲劳断裂能力）的研究论文，报道了在极端环境下具有抗疲劳断裂能力的聚合物凝胶材料。这项突破为柔性电子、软体机器人及极端环境作业装备的研发提供了革命性材料解决方案。
传统水凝胶因含水量高、质地柔软，被誉为“仿生材料之星”，但其致命弱点在于易碎、抗疲劳性差。数据显示，现有强韧型凝胶的疲劳阈值普遍不足100 J/m²，在长期循环载荷下易产生微裂纹，极端温度中更因脱水或冻结引发结构失效。这一瓶颈严重制约了其在农业地膜、航空航天、极地科考等领域的应用。
研究团队独辟蹊径，聚焦“智能农业材料”前沿领域，从人体肌肉、肌腱的多层级各向异性结构中获取灵感，首创“定向冷冻-退火-溶剂置换”三阶协同制备技术。通过精确调控多元醇分子与聚合物网络的相互作用，成功构建出具有仿生分级结构的有机凝胶体系。实验证实，新材料在-30℃至60℃宽温域内展现超常性能：疲劳阈值突破性提升至传统材料的10倍以上，且在万次循环载荷后仍保持结构完整性，彻底解决了极端环境下疲劳断裂的世界性难题。这种材料如同给柔性器件装上了“自我修复装甲”，其在低温防冻、高温保湿方面的独特优势。据悉，目前，团队已与多家科技企业开展合作，探索其在可穿戴医疗传感器、智能农业机器人关节等领域的产业化应用，相关成果已应用于精准农业传感器等智慧农业场景。
四川农业大学理学院苏葛鸿副教授为该论文的第一作者，化学生物学专业2024届本科生彭俊杰为共同第一作者，四川农业大学理学院饶含兵教授和四川大学高分子材料国家重点实验室的周涛教授为论文的通讯作者。四川农业大学理学院鲁志伟、孙萌萌副教授、吴春博士以及机电学院赵永鹏副教授为该论文的发表提供了帮助。该研究获得了国家自然科学基金、四川省自然科学基金、四川大学高分子材料国家重点实验室开放课题、四川农业大学启动基金等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c01482
