图1. 抗冲击水凝胶的仿生设计与制备，片层结构特征以及优异的综合性能（高抗冲击、韧性、疲劳阈、强度和水含量）

水凝胶的静态高韧性可以通过引入机械耗散机制（如动态化学键）来实现，但是在高速冲击下，这类高韧性水凝胶仍然容易发生结构破坏。生物矿化作为一种行之有效的途径能赋予材料优异的机械性能（如抗冲击强度），却极大的牺牲了材料的水含量（< 30 wt%）和柔韧性。兼具高抗冲击能力、高水含量和高柔性的水凝胶仍然鲜有报道。

为了验证其动态抗冲击性能，论文作者自主开发了一款可控气动的高速子弹冲击装置（视频1），并采用高速摄像机系统捕捉子弹轨迹和速度测量（视频2）。相对于传统水凝胶材料，2D PVA/GO水凝胶不仅有效地抵抗子弹（150 m/s）的猛烈冲击（如图2所示），还兼具优异的抗疲劳、力学强度、韧性，以及高水含量和高柔性、低成本等优点，使其有望成为众多应用场景中抵抗外界冲击的新型软材料，例如贴身防护软铠甲等。此外，论文作者还系统的研究了这类水凝胶材料的多尺度微纳结构，结合实验（准静态和动态冲击实验）和力学模拟，揭示了抗冲击水凝胶材料的设计策略：单层结构和层间相互作用力的协同调控，实现冲击能量的快速耗散。

视频1.高速子弹冲击装置和高速摄像机系统捕捉子弹的飞行轨迹。

图2. 2D PVA/GO 水凝胶的动态抗冲击性能。

视频2. 2D PVA/GO水凝胶抵抗子弹冲击过程。

南科大机械与能源工程系博士后梁翔禹为该论文第一作者，刘吉为通讯作者。南科大为论文第一单位。

以上研究得到深圳市仿生机器人与智能系统重点实验室、广东省普通高校人体增强与康复机器人重点实验室、广东省自然科学基金-区域联合基金项目（青年基金）、广东省自然科学基金面上项目、深圳市自然科学基金面上项目、深圳市优秀创新科技人才项目、南方科技大学校长卓越博士后项目等经费支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207587

内容转载于南科大官网：南科大刘吉团队提出高速抗冲击水凝胶材料的设计 - 南方科技大学新闻网 (sustech.edu.cn)