传统挑战与创新突破
传统聚合物材料中，化学键断裂往往导致微裂纹扩展和材料失效。尽管此前研究尝试利用键断裂释放隐藏长度或引发聚合反应，但新网络形成速度过慢（需数十分钟至数小时），无法在动态变形过程中即时增强材料。本研究通过引入弱键（如偶氮交联剂）作为牺牲键，将机械自由基浓度提升5倍，使新网络形成速率加快100倍，首次实现了“边损伤边修复”的实时自增强。
图1.DN 水凝胶中通过键断裂触发的快速网络形成强化的概念。
核心机理：键断裂触发快速网络重构
双网络水凝胶由脆性网络（短链、高模量）和柔性网络（长链、低模量）组成（图1）。在拉伸或裂纹扩展过程中，脆性网络优先断裂，释放的机械自由基迅速引发预置单体（如DAC）和交联剂（MBA）聚合，形成第三网络（图1c）。新网络需在材料完全断裂前形成，其动力学与加载速率紧密相关：
·低速加载（如10 mm/min）：新网络快速形成，抑制颈缩现象，材料断裂应力提升至0.65 MPa（对比未增强的0.45 MPa），抗裂性显著增强。
·高速加载（如300 mm/min）：网络形成速度滞后于变形，材料仍表现出传统失效行为。
实验验证与应用潜力
研究通过双折射成像和甲基蓝染色技术，直观展示了新网络在裂纹尖端和拉伸区域的动态形成（图2d、3f）。在单边缺口测试中，增强后的水凝胶（DN-DAC）缺口尖端因新网络钝化，断裂拉伸比从2.3提升至3.8（图3g）。更引人注目的是，通过“预训练”策略（低速预拉伸后再高速加载），材料抗裂性可进一步提升，断裂拉伸比高达7.0。
图 2.DN-DAC 水凝胶在拉伸试验中的自增强。
图 3.DN-DAC 水凝胶在单边缺口试验中的速率依赖性裂纹加固。
普适性与未来前景
该方法适用于多种单体和交联剂（如阴离子型AMPS、中性AAm等），可灵活调控材料力学性能（断裂应力0.5-1.0 MPa）。分子动力学模拟进一步揭示了速率依赖性的内在机制。研究团队指出，该策略可拓展至其他聚合物体系，并与现有物理增强机制（如应变诱导结晶）结合，为设计抗疲劳、高韧性材料开辟新路径。
图 4.DN-DAC 凝胶在纯剪切试验和裤撕裂试验中的裂纹扩展行为。
结语
这项研究不仅颠覆了“键断裂即失效”的传统认知，还为智能材料设计提供了新范式。未来，此类自增强水凝胶或将在柔性电子、生物医学、工程防护等领域发挥重要作用，助力实现材料“越用越强”的梦想。