Многоуровневое проектирование гидрогелей с высокой трещиностойкостью за счёт нескольких механизмов: диссипация энергии в растяжимых сетях

Гидрогели представляют собой набухшие в воде полимерные сети и обычно отличаются хрупкостью. Однако гидрогели с высокой трещиностойкостью играют важную роль во многих тканях растений и животных, а также находят разнообразное применение в инженерии. В настоящем обзоре рассмотрены внутренние механизмы, лежащие в основе высокой трещиностойкости гидрогелей, разработанных за последние несколько десятилетий. Показано, что такие гидрогели обычно способны рассеивать значительную механическую энергию, сохраняя при деформации высокую эластичность. Для проектирования трещиностойких гидрогелей принципиально важно сочетать и согласовывать различные механизмы рассеяния энергии и поддержания эластичности. Впервые предложена матрица, объединяющая различные механизмы и предназначенная для разработки гидрогелей следующего поколения. Кроме того, особо перспективной стратегией представляется включение нескольких механизмов в структуру гидрогеля на разных масштабах — нано-, микро-, мезо- и макроуровне.