近日，我校化工与爆破学院教师郑丹博士联合长安大学白波教授、美国罗文大学Xiaohui Xu教授、英国利兹大学Xiaohui Chen教授在智能水凝胶多场耦合建模研究方面取得新进展，研究成果以“Coupled Thermal-Chemical Stimuli in Hydrogel Swelling: A Multifield Kinetic Model for Dual-Responsive Hydrogel”为题发表于Nature Index期刊《Macromolecules》。文章以安徽理工大学为第一完成单位，化工与爆破学院郑丹为论文第一作者，研究成果得到安徽省教育厅自然科学研究项目的资助。

刺激响应水凝胶是一类能够对外界环境变化产生体积、形貌和力学性能响应的智能软材料，在生物医用材料、药物控释、软体机器人和环境传感等领域具有广阔应用前景。实际应用中，水凝胶响应行为涉及离子迁移、电场分布、渗透压变化、聚合物网络弹性等多机制耦合。如何建立能同时描述平衡溶胀和动态溶胀过程的多场耦合理论模型，是智能水凝胶精准设计与性能预测中的关键。

该研究面向pH和温度双响应水凝胶的复杂溶胀行为，构建了热-化学-电-力学耦合的多场动力学模型。模型综合考虑了Nernst-Planck离子迁移、Poisson电势分布、连续介质力学平衡以及基于Flory-Rehner理论的聚合物溶胀热力学，并进一步引入温度和凝胶体积分数共同控制的模量演化关系，实现了对水凝胶平衡形态和瞬态溶胀动力学的统一描述。通过与不同pH和温度条件下的实验数据对比，模型能够较好再现实验观测到的溶胀趋势、体积相变行为以及离子分布特征。

双响应水凝胶溶胀机制示意图

该成果揭示了温度刺激、化学刺激、离子迁移和力学变形之间的内在耦合机制，为智能水凝胶材料的结构设计、参数优化和性能调控提供了理论依据。该工作得到了化工与爆破学院学科高质量成果激励支持。

郑丹，讲师，硕士生导师，近年来，主要围绕新型功能高分子材料设计、聚合物多场耦合建模与智能响应水凝胶应用等领域开展研究工作，主持安徽省自然科学基金1项、安徽省教育厅自然科学研究项目1项。近五年以第一作者/通讯作者在国内外权威学术期刊Macromolecules、Carbohydrate Polymers、Chemical Engineering Science等上发表SCI学术论文10余篇。