能吊起一公斤的凝胶

一根聚合物链被从两端拉扯时，先是解开卷曲，然后在伸直时急剧变硬，最后断开一个坚固的共价键。然而，由这种链构成的网络——凝胶或橡胶——却比单根链弱几个数量级。论文引用的近期计算机模拟揭示了原因：网络被拉伸时，张力的分担极不均匀。少数几条高张力路径相继形成并断裂，而大多数链仍然卷曲着，几乎不承受载荷。

哈佛大学的Yu Zhou、Chenghai Li、Zheqi Chen、Xianyang Bao和锁志刚把问题归咎于交联点，也就是把链连接在一起的结点。每个交联点连接四根链，但其中只有两根承受高张力。交联点使载荷集中。

更少的结点，更多的缠结

他们的对策是让张力分散。交联点大大减少后，链变得又长又缠结。作者设想，载荷由“高张力圆柱”——即一整束缠结在一起的链——来承担。由于链与链之间的作用力很弱，缠结点会像滑轮一样滑动：当一个缠结牵动四段链时，四段都会承受载荷。链越长，网络中被调动起来的部分就越多。

他们在聚丙烯酰胺水凝胶上检验了这一想法。这种柔软的固体主要由水构成，每次测试前都会溶胀至平衡状态，就像实际使用时那样。网络由两个“旋钮”决定：交联剂的用量，以及合成时水的用量。

• 按单位聚合物计算的强度——即作者所说的“有效强度”——随着交联点变稀疏而上升，并遵循一个简单的规律：它与交联剂用量成反比，最高达到约100兆帕。
• 改变水的用量，也就是改变缠结的数量，对它的影响不到两倍。交联点会集中张力，缠结则不会。

溶胀、挤压、重复

为了把这一原理变成一种高强度材料，团队构建了预拉伸互锁网络。把一块稀疏交联的凝胶浸泡在相同的初始混合液中，压扁使其向两侧伸展，然后用紫外光照射：第一个网络内部会形成第二个网络，把它锁定在拉伸状态。再重复一次，就得到了三重网络。

三种聚丙烯酰胺水凝胶：普通型、高度缠结型和预拉伸互穿型。普通型能吊起约10克；预拉伸型能吊起1000克。——图3，Zhou、Li、Chen、Bao & Suo（2026），arXiv:2610.11837，CC BY 4.0。

• 强度从普通水凝胶的约0.05兆帕，升至高度缠结水凝胶的约1兆帕，再到三重网络的约10兆帕。
• 三重网络凝胶能吊起的重量约为普通凝胶的一百倍。
• 它依然保持弹性：在一次拉伸-释放循环中只损失**8.4%**的能量。
• 据作者所知，这是迄今报道的最强的聚丙烯酰胺水凝胶。

这一配方在没有水的情况下同样有效。在一种不含水的类橡胶材料——一种名为聚丙烯酸乙酯的弹性体——中，减少交联点后强度从约1兆帕升至4兆帕，预拉伸后更达到约25兆帕，而能量损失只有百分之几。

仍然只有1%的链

即使是100兆帕，也远低于共价键所能承受的约10吉帕。据作者估计，只有约1%的链达到了这一极限；其余的链承受的载荷仍然小得多。他们写道，如何调动另外99%的链，是一个悬而未决的问题，可能需要全新的网络设计。