Carbomer 是一种交联的丙烯酸高分子聚合物，Carbomer的加入不仅可以给水凝胶前驱液带来良好的打印性能，还可以增强水凝胶的力学性能。这是因为水凝胶基体与Carbomer聚合物链相互作用的结果。聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶因为有着优异的机械性而倍受关注，所以选择PAAm作为打印水凝胶的基体材料。

通过单轴拉伸实验测得了不同含量Carbomer的PAAm水凝胶的杨氏模量，以量化Carbomer对水凝胶力学性能的影响。随着Carbomer的浓度从0.5%(w/v)增加到5.0%(w/v),水凝胶的杨氏模量从17 k Pa增加到40 k Pa。但同时，临界拉伸率从547%下降到260%。这一变化是由于更多的Carbomer聚合物链给PAAm聚合物网络带来了更多的约束。

Carbomer 对水凝胶力学性能的影响。
(a)不同 Carbomer 含量的 PAAm 水凝胶和双网络水凝胶的杨氏模量和拉伸性。(b)双网络水凝胶的示意图。

(c) 3D打印双网络水凝胶的过程。(d) 3D 打印双网络水凝胶制成的蜘蛛网(单丝宽2mm，厚 1mm)可承载 400 克。

（所有比例尺均为 1cm） 

在这种双网络水凝胶中，Fe3+离子与羧基相互作用形成配位，构成弱键，并可以快速、可逆地解离和结合。这些弱配位键作为物理交联点来耗散能量，从而增强水凝胶。双网络水凝胶的杨氏模量远大于单一网络水凝胶。3D打印双网络水凝胶的过程：首先用丙烯酰胺水凝胶墨水打印结构；然后将打印好的结构置于紫外线灯和氮气环境下进行紫外交联，形成共价网络；随后将固化的结构浸入Fe3+溶液中形成物理网络；最后，将水凝胶结构浸泡在去离子水中去除多余的Fe3+。3D打印双网络水凝胶制作的蜘蛛网,每根网线的横截面积为2mm2。该水凝胶网可承载400g。

各向异性的双网络凝胶的结构示意图和SEM图

根据实验方法，我们测得这种可打印双网络水凝胶的断裂能为1920 J/m2，该结果与记录高强度双网络的结果(1500 J/m2-3860 J/m2)。我们还可以进一步优化共价网络和物理网络的比例，使该强韧水凝胶具有更好的力学性能。