作为一种性能优异的软材料，水凝胶在柔性电子和生物医药等领域展现出广泛的应用前景。在水凝胶的实际应用中，通常需要将其与其他材料进行集成。这种集成提出了一个基本要求：在水凝胶和各种工程表面之间实现可靠的界面粘附。为了实现这一可靠的粘接界面，常见的策略是将韧性水凝胶与界面相互作用相结合，从而大大提升界面的粘附韧性。然而，这种策略在实际使用中往往受到一些限制。一方面，韧性水凝胶的力学性能在循环加载后往往会迅速减弱。另一方面，粘附韧性反映的是界面在预裂纹存在下的裂纹扩展阻力，而在实际应用中，界面不一定存在尖锐的预裂纹，仅仅依赖于粘附韧性这一指标来衡量黏附质量可能会低估水凝胶黏附层的实际承载能力。

  为了解决这些问题，西安交通大学刘子顺课题组在水凝胶黏附层中引入了一种名为十字型切割（crosswise cutting）的宏观结构设计策略，并提出了一种新的黏附质量度量准则—裂纹萌生阻力准则。这种策略不受限于特定类型的水凝胶，并且通过增加最大剥离力并限制裂纹起裂长度，来增强了裂纹萌生阻力，从而提高了水凝胶的黏附性能。相关工作近期以“Enhancing the crack initiation resistance of hydrogels through crosswise cutting”为题发表在固体力学旗舰期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上。

图3 横向切割策略下水凝胶的90度剥离曲线和裂纹萌生前剥离过程区的照片

，并对其进行了理论推导。研究发现通过改变切割类型、水凝胶厚度和切割尺寸，可以优化的值

图4 横向（也是十字型）切割下临界裂纹萌生能量释放率的推导

  基于临界裂纹萌生能量释放率的表达式，研究人员进一步揭示了“十字型切割”策略增加的内在机制，即应力分散效应（图5），并且通过引入宏观Lake-Thomas模型实现了对“十字型切割”策略下值的预测。

图5 十字型切割策略的应力分散效应

  该研究工作提出的十字型切割策略克服了传统水凝胶强粘附策略的局限性，提供了一种较为简便有效的增强水凝胶粘附的方法。该策略不仅提高了抗裂纹萌生能力，而且提高了抗裂纹扩展能力。十字型切割策略不限于特定材料，可以应用于各种材料类型。此外，它还增强了水凝胶在不同表面上的顺应性和鲁棒性，进一步扩大了其潜在应用。同时，该研究也希望能引起人们对实际应用中水凝胶黏附质量评估的关注。

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022509623003204?via%3Dihub