Weak Hydrogen Bonding Enables Hard, Strong, Tough, and Elastic Hydrogels

Advanced Materials

Volumn 27, Issue 43, 2015, Pages 6899-6905

  Hu, Xiaobo ^a   Vatankhah Varnoosfaderani, Mohammad ^a   Zhou, Jing ^a   Li, Qiaoxi ^a   Sheiko, Sergei S ^a  

^a The University of North Carolina at Chapel Hill   (United States)

Author keywords

hydrogels; hydrogen bonding; polymer networks; shape memory; toughness

Indexed keywords

CHEMICAL BONDS; HYDROGELS; TOUGHNESS;

CHEMICAL NETWORKS; ELASTIC HYDROGELS; FAST RECOVERY; POLYMER NETWORKS; SHAPE MEMORY; WEAK HYDROGEN BONDING;

HYDROGEN BONDS;

EID: 84954316975     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201503724     Document Type: Article

References (80)

1. S. Naficy, H. R. Brown, J. M. Razal, G. M. Spinks, P. G. Whitten, Aust. J. Chem. 2011, 64, 1007.
2. G. Nemethy, I. Z. Steinberg, H. A. Scheraga, Biopolymers 1963, 1, 43.
3. a) J. P. Gong, Y. Katsuyama, T. Kurokawa, Y. Osada, Adv. Mater. 2003, 15, 1155;
4. b) J. Y. Sun, X. H. Zhao, W. R. K. Illeperuma, O. Chaudhuri, K. H. Oh, D. J. Mooney, J. J. Vlassak, Z. G. Suo, Nature 2012, 489, 133;
5. c) Q. Chen, L. Zhu, C. Zhao, Q. M. Wang, J. Zheng, Adv. Mater. 2013, 25, 4171;
6. d) K. Haraguchi, T. Takehisa, Adv. Mater. 2002, 14, 1120;
7. e) L. J. Xiong, X. B. Hu, X. X. Liu, Z. Tong, Polymer 2008, 49, 5064;
8. f) X. B. Hu, L. J. Xiong, T. Wang, Z. M. Lin, X. X. Liu, Z. Tong, Polymer 2009, 50, 1933;
9. g) Z. Q. Hu, G. M. Chen, Adv. Mater. 2014, 26, 5950;
10. h) G. R. Gao, G. L. Du, Y. N. Sun, J. Fu, ACS Appl. Mater. Inter. 2015, 7, 5029;
11. i) T. L. Sun, T. Kurokawa, S. Kuroda, A. Bin Ihsan, T. Akasaki, K. Sato, M. A. Haque, T. Nakajima, J. P. Gong, Nat. Mater. 2013, 12, 932;
12. j) F. Luo, T. L. Sun, T. Nakajima, T. Kurokawa, Y. Zhao, K. Sato, A. B. Ihsan, X. F. Li, H. L. Guo, J. P. Gong, Adv. Mater. 2015, 27, 2722;
13. k) U. Gulyuz, O. Okay, Macromolecules 2014, 47, 6889;
14. l) P. Lin, S. H. Ma, X. L. Wang, F. Zhou, Adv. Mater. 2015, 27, 2054;
15. m) M. Y. Guo, L. M. Pitet, H. M. Wyss, M. Vos, P. Y. W. Dankers, E. W. Meijer, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6969;
16. n) X. H. Zhao, Soft Matter 2014, 10, 672;
17. o) J. J. Wang, X. N. Li, Ind. Eng. Chem. Res 2013, 52, 572;
18. p) J. J. Wang, F. Liu, J. Wei, Polym. Adv. Technol. 2012, 23, 1258;
19. q) T. Shimizu, T. Goda, N. Minoura, M. Takai, K. Ishihara, Biomaterials 2010, 31, 3274.
20. P. Calvert, Adv. Mater. 2009, 21, 743.
21. M. Rubinstein, R. H. Colby, Polymer Physics, Oxford University Press, New York 2003.
22. G. V. Kolmakov, K. Matyjaszewski, A. C. Balazs, ACS Nano 2009, 3, 885.
23. a) J. Zhou, S. A. Turner, S. M. Brosnan, Q. X. Li, J. M. Y. Carrillo, D. Nykypanchuk, O. Gang, V. S. Ashby, A. V. Dobrynin, S. S. Sheiko, Macromolecules 2014, 47, 1768;
24. b) P. Cordier, F. Tournilhac, C. Soulie-Ziakovic, L. Leibler, Nature 2008, 451, 977;
25. c) H. Kamata, Y. Akagi, Y. Kayasuga-Kariya, U. Chung, T. Sakai, Science 2014, 343, 873;
26. d) J. K. Hao, R. A. Weiss, Polymer 2013, 54, 2174.
27. a) H. T. Oyama, W. T. Tang, C. W. Frank, Macromolecules 1987, 20, 1839;
28. b) Y. C. Wang, H. Morawetz, Macromolecules 1989, 22, 164.
29. H. L. Chen, H. Morawetz, Macromolecules 1982, 15, 1445.
30. a) H. L. Needles, Whitfiel. Re, J. Polym. Sci., Part A 1965, 3, 3543;
31. b) L. Carlsson, S. Rose, D. Hourdet, A. Marcellan, Soft Matter 2010, 6, 3619.
32. a) Y. Yilmaz, J. Chem. Phys. 2007, 126;
33. b) Y. Yilmaz, Phys. Rev. E 2002, 66;
34. c) I. Soutar, L. Swanson, F. G. Thorpe, C. Y. Zhu, Macromolecules 1996, 29, 918.
35. Z. Y. Meng, M. H. Smith, L. A. Lyon, Colloid Polym. Sci. 2009, 287, 277.
36. a) X. B. Hu, Z. Tong, L. A. Lyon, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11470;
37. b) X. B. Hu, Z. Tong, L. A. Lyon, Langmuir 2011, 27, 4142;
38. c) S. Nayak, L. A. Lyon, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7686.
39. a) G. Odian, Principles of Polymerization, Wiley-Interscience, Hoboken, NJ, USA 2004;
40. b) T. Huang, H. G. Xu, K. X. Jiao, L. P. Zhu, H. R. Brown, H. L. Wang, Adv. Mater. 2007, 19, 1622;
41. c) H. Furukawa, K. Horie, R. Nozaki, M. Okada, Phys. Rev. E 2003, 68, 031406.
42. S. Q. Zhou, B. Chu, J. Phys. Chem. B 1998, 102, 1364.
43. a) X. Y. Dai, Y. Y. Zhang, L. N. Gao, T. Bai, W. Wang, Y. C. Cui, W. G. Liu, Adv. Mater. 2015, 27, 3566;
44. b) G. S. Song, L. Zhang, C. C. He, D. C. Fang, P. G. Whitten, H. L. Wang, Macromolecules 2013, 46, 7423;
45. c) J. Yang, C. Gong, F. K. Shi, X. M. Xie, J. Phys. Chem. B 2012, 116, 12038;
46. d) D. Myung, W. U. Koh, J. M. Ko, Y. Hu, M. Carrasco, J. Noolandi, C. N. Ta, C. W. Frank, Polymer 2007, 48, 5376.
47. a) S. W. Schmidt, A. Kersch, M. K. Beyer, H. Clausen-Schaumann, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 5994;
48. b) M. E. Seitz, D. Martina, T. Baumberger, V. R. Krishnan, C. Y. Hui, K. R. Shull, Soft Matter 2009, 5, 447.
49. a) N. G. McCrum, C. P. Buckley, C. B. Bucknall, Principles of Polymer Engineering, Oxford University Press, New York 1997;
50. b) W. Kauzmann, H. Eyring, J. Am. Chem. Soc. 1940, 62, 3113.
51. a) I. M. Ward, J Mater Sci 1971, 6, 1397;
52. b) T. E. Brady, G. S. Y. Yeh, J. Appl. Phys. 1971, 42, 4622;
53. c) A. E. Mayr, W. D. Cook, G. H. Edward, Polymer 1998, 39, 3719;
54. d) M. F. Omar, H. M. Akil, Z. A. Ahmad, Mater. Design 2013, 45, 539.
55. a) R. Seguela, F. Rietsch, J. Mater. Sci. Lett. 1990, 9, 46;
56. b) N. W. Brooks, R. A. Duckett, I. M. Ward, Polymer 1992, 33, 1872;
57. c) X. G. Tang, W. Yang, G. F. Shan, M. B. Yang, B. H. Xie, Q. Fu, Polymer 2007, 48, 7404;
58. d) R. Adhikari, M. Buschnakowski, S. Henning, S. Goerlitz, T. A. Huy, W. Lebek, R. Godehardt, G. H. Michler, R. Lach, K. Geiger, K. Kno, Macromol. Rapid Commun. 2004, 25, 653;
59. e) N. W. J. Brooks, R. A. Duckett, I. M. Ward, J. Rheol. 1995, 39, 425.
60. a) J. Diani, B. Fayolle, P. Gilormini, Eur. Polym. J. 2009, 45, 601;
61. b) K. M. Schmoller, A. R. Bausch, Nat. Mater. 2013, 12, 278.
62. G. A. Jeffrey, An Introduction to Hydrogen Bonding, Oxford University Press, New York 1997.
63. a) V. C. Mow, A. Radcliffe, in Basic Orthopaedic Biomechanics, (Eds:, V. C. Mow, W. C. Hayes,), Lippincott-Raven Press, Philadelphia, PA, USA 1997, p. 113;
64. b) M. G. Dunn, F. H. Silver, Connect. Tissue Res. 1983, 12, 59;
65. c) C. Jacquemoud, K. Bruyere-Garnier, M. Coret, J. Biomech. 2007, 40, 468;
66. d) F. H. Silver, J. W. Freeman, D. DeVore, Skin Res. Technol. 2001, 7, 18;
67. e) U. G. K. Wegst, M. F. Ashby, Philos. Mag. 2004, 84, 2167;
68. f) N. Nakagawa, M. Matsumoto, S. Sakai, Skin Res. Technol. 2010, 16, 137;
69. g) G. M. Thornton, N. G. Shrive, C. B. Frank, J. Orthopaed. Res. 2001, 19, 845.
70. a) C. Echeverria, D. Lopez, C. Mijangos, Macromolecules 2009, 42, 9118;
71. b) D. E. Owens, Y. C. Jian, J. E. Fang, B. V. Slaughter, Y. H. Chen, N. A. Peppas, Macromolecules 2007, 40, 7306;
72. c) H. Tsutsui, M. Moriyama, D. Nakayama, R. Ishii, R. Akashi, Macromolecules 2006, 39, 2291.
73. a) C. Wischke, A. T. Neffe, A. Lendlein, Shape Memory Polym. 2010, 226, 177;
74. b) A. Lendlein, M. Behl, B. Hiebl, C. Wischke, Expert Rev. Med. Devices 2010, 7, 357;
75. c) R. Langer, D. A. Tirrell, Nature 2004, 428, 487;
76. d) C. M. Yakacki, R. Shandas, D. Safranski, A. M. Ortega, K. Sassaman, K. Gall, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2428;
77. e) N. A. Peppas, J. Z. Hilt, A. Khademhosseini, R. Langer, Adv. Mater. 2006, 18, 1345.
78. Y. Osada, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1979, 17, 3485.
79. a) Y. R. Sliozberg, J. W. Andzelm, J. K. Brennan, M. R. Vanlandingham, V. Pryamitsyn, V. Ganesan, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2010, 48, 15;
80. b) S. M. Hashemnejad, S. Kundu, Soft Matter 2015, 11, 4315.