图 “锁水”水凝胶设计及其力学性能（a）“锁水”水凝胶微观结构示意图；（b）水凝胶在极端温度环境保持高弹性；（c）DSC测试表明-115℃至143℃维持稳定；（d）“锁水”水凝胶的极端温度力学性能稳定性

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2125009、12102388、92048302、12321002）等资助下，浙江大学杨卫院士团队李铁风教授、杨栩旭特聘研究员和其合作者罗自生教授、李栋副研究员等在耐受极限温度水凝胶研究方面取得进展，针对水凝胶在环境变化时发生相变，导致丧失其固有特性这一难题，通过分子层面的力学设计，提出一种通用性“锁水（hydro-locking）”策略，制备了能够在-115℃至143℃的温度范围内保持柔性与功能性的水凝胶。相关成果以“水凝胶锁水实现极端温度耐受性（Hydro-locking in Hydrogel for Extreme Temperature Tolerance）”为题，于2025年2月28日在《科学》（Science）上发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2711。

　　水凝胶是一种柔软的聚合物网络，其内部充满了水分子，温度的变化将会导致聚合物网络中的自由水分子蒸发或冻结，进而改变水凝胶的力学性能，使水凝胶延展性丧失且易断裂。传统的功能化改造与溶剂替换无法有效固定聚合物网络中的水分子，使得水凝胶所能承受的温度极限依然受制于所用溶液的相变温度。

　　针对上述问题，研究团队提出了一种“锁水”策略，即通过在水分子与高分子网络间形成桥接作用力，将水分子铆接在高分子网络中，从而抑制水的相变，以起到稳定水凝胶状态的效果。“锁水”策略可以通过硫酸与双网络水凝胶的相互作用实现：一方面，基于硫酸与水、硫酸与聚合物的强作用力，产生硫酸水合物成功地将水分子铆接在聚合物网络中，充分抑制了水在极端温度下的相变；另一方面，额外引入牺牲网络，与硫酸反应，在水凝胶高分子主链上原位产生碳层，用于保护主链并使高分子网络也具有极端条件下的稳定性。所获得的水凝胶在极限温度也保持高断裂韧性，在-100℃下伸长率达到3倍，140℃下也超过4倍。团队进一步在单网络凝胶与其他溶液体系中实现了该策略，验证了该策略的通用性。该研究揭示了水凝胶中的水分子对水凝胶力学性能与功能性的影响，通过微观层面力学设计，突破了传统水凝胶的极限适用温度边界，为极端温度环境适应性高分子软材料设计提供了新范式。