炎炎夏日,一碗滑嫩爽口的冰粉为人们驱散燥热;眼睛近视,人们选择佩戴隐形眼镜,既能增大视野范围又美观大方;外科诊室,医生用专业敷料为病人包扎伤口……
你可知道,在冰粉、隐形眼镜和敷料背后,都有一类共同的材料发挥作用——水凝胶。
从微观结构上看,水凝胶是由高分子链交联形成的一种三维聚合物网络,这些聚合物网络中存在很多亲水基团,亲水基团可以把水吸附在网络中,封存大量水分子。
简单地说,水凝胶就像一种会“喝水”的海绵。靠着强大的吸水性,水凝胶能将比自己重百倍甚至千倍的水分子牢牢锁在材料里。
1894年,荷兰化学家范·贝梅伦在论文中首次提出“水凝胶”的说法,用来描述一类呈现凝胶状的无机盐胶体。
1949年,在捷克斯洛伐克技术大学的实验室中,科学家奥托·威奇特尔研制出第一款成熟的水凝胶产品——lvalon水凝胶。
从那时起直到现在,水凝胶材料不断升级,凭借柔软保湿、生物亲和、降解性能好、良好的透光性等特点,开始在社会多个领域应用开来。
——用于医疗领域。
水凝胶常常出现在制作医用敷料的原料里。例如,许多医用敷料里都含有聚乙二醇水凝胶(PEG),该水凝胶表面可以凝聚大量的水分子,用于制作医用敷料既能保持伤口湿润,还能吸附伤口渗出液,以防感染。
——用于工业领域。
比如,西安交通大学研制的pH响应水凝胶,在酸性条件下能高效吸附工业废水中的重金属离子。当废水中的重金属离子被吸附干净,再将该水凝胶置于碱性环境中,水凝胶又会释放吸附的重金属离子,实现材料的重复利用。
——用于农业领域。
2019年,西南大学孙现超教授团队研发出一款CSL-gel水凝胶,该水凝胶能连续14天以上释放香菇多糖与钙离子,进而提高植物的抗病毒能力,同时还可以释放水分,帮助营养成分渗透,促进植物生长。
随着材料技术的不断发展,水凝胶的功能也在不断叠加。
据悉,我国中山大学和福州大学合作研发出一款热致变色水凝胶智能窗户,采用的水凝胶能感知温度、pH值、光照等外界刺激并作出反应。当感知到光照强烈时,智能窗户能降低水凝胶透明度,阻隔太阳光照射。
如今,水凝胶在我们的生活中扮演着多种多样的角色,但其也并非完美无缺。水凝胶强度较低、韧性不足,在受到外力拉伸或冲击时容易发生断裂,难以满足一些对力学性能要求较高的场景,这也是目前科学家仍在攻克的难题。
解放军报:http://www.81.cn/szb_223187/szbxq/index.html?paperName=jfjb&paperDate=2025-08-15&paperNumber=11&articleid=961355