PVA水凝胶在生物医学、柔性电子等领域应用广，但其“强度-韧性”难以兼顾的矛盾限制了发展。突破这一矛盾需从分子机制解析与实验策略优化两方面入手，以下为具体分析：

一、分子模拟揭示“强度-韧性”协同机制

氢键网络动态重构

分子动力学模拟显示，PVA分子链间氢键在受力时发生“断裂-重组”动态平衡。高强度需高密度氢键（如结晶域内），但会降低韧性；而韧性依赖氢键可逆断裂耗能。

优化策略：通过控制结晶度（如溶剂交换辅助盐析法中盐浓度调控），使氢键在结晶域（强度贡献）与非晶区（韧性贡献）间合理分布。

结晶域与无定形区协同耗能

粗粒化模拟表明，结晶域作为“硬相”承受载荷，无定形区作为“软相”通过链段滑移耗能。二者比例影响整体性能。

实验关联：定向冷冻辅助盐析法制备的HA-PVA水凝胶，微米级蜂窝孔壁（结晶域）与纳米纤维（无定形区）协同作用，实现23.5 MPa拉伸强度与210 MJ/m³韧性。

多尺度结构耦合

全原子模拟显示，分子链缠结、纳米纤维取向及微米孔结构共同影响力学性能。例如，类混凝土结构（PVA颗粒+纤维）通过界面增强效应，使BPP水凝胶抗拉强度达10.5 MPa（提升265%）。

其他复合水凝胶模拟研究：

PVP/PVA复合水凝胶的模拟研究：通过分子动力学方法模拟研究了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）及其混合体系PVP/PVA的力学性能和径向分布函数等性质。PVP与PVA有机结合后，混合体系PVP/PVA的力学性能较纯PVP体系有明显提高，且不受温度影响。其相互作用主要是PVP分子单元中的氧原子与PVA中的羟基形成较强的氢键。

聚乙烯醇-木质素水凝胶的模拟研究：利用分子动力学模拟探索了聚乙烯醇-木质素水凝胶的强化和增韧机制。二甲基亚砜和乙醇分子对聚合物网络有独特影响。在溶剂挥发过程中，分子链的氢键数量和取向发生变化，木质素与其他结构之间具有更高的结合能，表明其在水凝胶内构建了强大的非共价键连接网络。此外，聚合物分子与二甲基亚砜分子之间的氢键结合能明显高于乙醇分子，这是形成梯度结晶结构的重要原因，为水凝胶具备高强度和高韧性奠定了分子基础。

二、实验验证：策略优化与性能突破

溶剂交换辅助盐析法

策略：溶剂交换形成均匀网络后，盐析诱导结晶。例如，柠檬酸钠溶液中盐析的PVA水凝胶，刚度达52.3 MPa，韧性达120.7 kJ/m²。

机制：盐离子屏蔽电荷排斥，促进链聚集；结晶度从25%提升至40%，形成纳米晶畴，强化交联点。

定向冷冻辅助盐析法

策略：冷冻诱导冰晶生长形成定向孔道，盐析增强孔壁结晶。如HA-PVA水凝胶，极限拉伸强度23.5 MPa，韧性210 MJ/m³。

机制：冰晶模板化生成蜂窝结构，盐析强化孔壁，形成分级结构（微米孔+纳米纤维），实现强度与韧性同步提升。

多键协同作用

策略：引入PBA、MXene等与PVA/壳聚糖形成氢键、动态共价键、静电相互作用。例如，PCBM水凝胶抗拉强度3.42 MPa，韧性1.94 MJ/m³，电导率5.27 S/m。

机制：多键协同增强网络内聚能，MXene纳米片作为物理交联点，提高能量耗散效率。

三、关键性能指标与对比 

这些研究从分子模拟和实验验证两个方面，为突破PVA水凝胶“强度-韧性”平衡提供了新的思路和方法，有望推动高性能PVA水凝胶在更多领域的应用。