我团队博士研究生何恺凝等在崔昆朋教授的指导下，利用小角中子散射研究了强韧自修复聚两性电解质水凝胶在单轴拉伸下的链网络变形行为。相关工作发表在 Polymer Journal 期刊上。
在这项工作中，我们针对由离子键与化学交联共同构筑的聚两性电解质（PA）水凝胶，聚焦其多尺度结构中尚缺乏研究的约 10 nm 链网络尺度。以往研究主要关注离子键的解离与相结构的演化，而链网络在拉伸过程中如何变形尚不清楚。为此，我们将凝胶中的水置换为重水以获得足够的散射衬度，在中国散裂中子源微小角中子散射谱仪（BL-14）上对单轴拉伸状态下的凝胶进行小角中子散射（SANS）测量。测量采用固定应变松弛策略，使离子键在测量前充分松弛至准平衡状态，从而直接表征由化学交联和物理缠结构成的永久拓扑网络的变形。通过系统改变交联剂 MBAA 浓度（1.0% 至 3.0%）和单体浓度（1.6 M 至 2.8 M），并利用 Porod–Lorentzian 模型提取相关长度 ξ 和 Porod 指数 m，我们将微观链网络应变与宏观仿射预测进行比较，并引入非仿射偏离参数 Δ 定量描述二者的差异。研究发现，交联剂浓度相对较低的 1.0% MBAA 体系虽无相分离，但网络存在局部结构不均匀性，拉伸时微区发生不均匀的局部变形，明显偏离仿射预测；随交联剂浓度提高，永久交联点将网络分割为更短、更均匀的链段，局部不均匀变形受到抑制，链网络变形趋近仿射；提高单体浓度引入更多物理缠结，也产生类似的均匀化效果。进一步以 Δ 作为网络结构均匀性的表征指标并与断裂伸长率关联，我们发现 PA 凝胶中结构均匀性与延展性的关系与传统化学凝胶相反：网络越不均匀，断裂伸长率越大。这是因为动态离子键在变形中渐进断裂并耗散能量，能够协调各微区之间的不均匀变形，从而延缓断裂。区别于以往基于 tetra-PEG 等化学凝胶建立的“结构越均匀、力学性能越好”的认识，该工作补全了 PA 凝胶在约 10 nm 链网络尺度上的变形图像，表明含动态键凝胶的构效关系不能直接由永久交联体系推断，为理解和设计强韧自修复水凝胶提供了新的思路。
该项工作得到了国家自然科学基金的资助（52273028，U2430213）。 SANS 实验依托中国散裂中子源用户计划完成（课题号 P1424121700012）。
He, K.; Huang, S.; Li, Y.; Cui, K. Chain network deformation of tough and self-healing polyampholyte gels revealed by small-angle neutron scattering. Polymer Journal 2026.
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41428-026-01228-8
