超可拉伸且抗裂的非极性有机凝胶

驯服顽固液体的软固体

许多驱动现代生活的液体——如汽油、溶剂和工业化学品——因为油性且非极性，很难被制成安全的固体形式。本文介绍了一种新型软固体，称为非极性有机凝胶，能够在保持可拉伸、坚韧且可重复使用的同时大量吸收这些液体。这类材料可使燃料泄漏清理更安全、更简便，并为易燃或挥发性液体的储存与处理开辟新思路。

制造坚韧油性凝胶的新配方

传统持水凝胶（称为水凝胶）通过巧妙的聚合物设计可以表现出极高的强度和弹性。但要做出同样坚固、能含非极性有机液体的凝胶长期以来一直是个难题，因为这些液体与周围分子的相互作用很弱。作者通过构建一种混合网络解决了这个问题，该网络将刚性的无机纳米线与柔软的类塑料聚合物链混合在一起。材料不再仅依赖油性分子之间的弱作用力，而是使用共价化学键将纳米线和聚合物连接成一个协同工作的整体框架。

混合网络的工作原理

设计的核心是由金属和氧簇组装而成的超细无机纳米线。研究人员在这些纳米线表面修饰了特殊的“可聚合”基团——可作为化学手柄连接到增长的塑料网络中。当这些改性纳米线与一种液态塑料前体和辛烷等非极性溶剂混合时，它们首先形成松散的物理链接凝胶。随后照射紫外光促使塑料形成长链并化学地连接到纳米线上。最终得到的是一个三维混合网状结构：刚性纳米线束被柔性聚合物链包裹，整体被非极性液体所膨胀。

可拉伸、自愈且抗裂

这种结构赋予有机凝胶在油性体系中罕见的性质组合。样品可以拉伸至原长的16倍以上并仍能回弹，同时具有与皮肤等生物组织相当的断裂强度。在拉伸过程中，凝胶内部的纳米线逐渐旋转并沿拉伸方向排列。这种重组有助于分散应力，使任何扩展的裂纹必须沿曲折路径扩展，从而难以撕裂材料。该凝胶对单次灾变性裂纹和反复载荷导致的慢性损伤都表现出高抗性，并且在室温下被切割后能够部分自愈，因为聚合物链随时间重新缠结。

从实验室台面到燃料泄漏清理

除了力学性能外，这种混合凝胶还能作为高效海绵吸收多种非极性液体。干燥后的凝胶可吸收比自身质量多于30倍的芳香族溶剂，以及约24倍质量的商业汽油，膨胀成一个透明的自立圆盘，可以被提起和搬运而不会散开。吸收的燃料随后可通过减压下的温和蒸馏回收，凝胶随即可重复使用。作者展示了该吸收—释放循环至少可重复十次且性能损失很小，凝胶在液氮严寒冷冻后仍能保持完整。

这为何重要

对非专业读者而言，关键信息是：作者找到了一种方法，能制备出既软又有弹性的固体，能够在保持惊人强度与耐久性的同时安全地封存并释放难处理的油性液体。通过将刚性纳米线与柔性聚合物系结成一个响应性整体网络，他们弥合了喜水凝胶与喜油凝胶之间的性能差距。这一策略可被用于设计未来材料，以便更安全地处理燃料和溶剂、用于先进的柔性器件，以及其他需要在单一稳健、可重复使用材料内让液体与固体协同工作的技术。

引用: Huang, Z., Peng, J., Zhang, W. et al. Ultra-stretchable and crack-resistant nonpolar organogels. Nat Commun 17, 2045 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68775-9

关键词: 有机凝胶, 纳米线, 汽油泄漏清理, 软材料, 非极性溶剂