基於四重氫鍵的仿生抗衝擊超分子聚合物材料

2021-01-07 科學網

基於四重氫鍵的仿生抗衝擊超分子聚合物材料

作者：

小柯機器人

發布時間：2021/1/6 17:47:09

上海交通大學的顏徐州、俞煒和谷國迎課題組合作，近日開發了一種基於基於四重氫鍵的仿生抗衝擊超分子聚合物材料。這一研究成果發表在2020年12月31日出版的國際學術期刊《美國化學會志》上。

在該文中，研究人員報導了一種抗衝擊超分子聚合物材料（SPM），該材料通過模仿海參真皮，具有獨特的衝擊硬化和可逆的剛柔轉換特性。這種剛柔轉換及其保護特性有賴於納米尺度的堅硬區域在由四重氫鍵修飾的、柔軟瞬時的聚合物網格中的動態聚集。基於此，研究人員展示了這種SPM可以有效降低衝擊，並增加了衝擊的緩衝時間。

更重要的是，研究人員闡明了這種SPM中衝擊硬化和能量分散背後的機理。基於以上發現，研究人員編織了一個抗衝擊抗戳穿的樣品，以展示這種SPM潛在的保護性應用。

據了解，大自然在許多方面啟發著科學家製造抗衝擊的應用材料。然而，在一種聚合物中整合柔軟、可變剛性及保護性等特徵仍是一大挑戰，雖然這些特點在許多蓬勃發展的領域有很大的需求。

附：英文原文

Title: Biomimetic Impact Protective Supramolecular Polymeric Materials Enabled by Quadruple H-Bonding

Author: Kai Liu, Lin Cheng, Ningbin Zhang, Hui Pan, Xiwen Fan, Guangfeng Li, Zhaoming Zhang, Dong Zhao, Jun Zhao, Xue Yang, Yongming Wang, Ruixue Bai, Yuhang Liu, Zhiyuan Liu, Sheng Wang, Xinglong Gong, Zhenan Bao, Guoying Gu, Wei Yu, Xuzhou Yan

Issue&Volume: December 31, 2020

Abstract: Nature has been inspiring scientists to fabricate impact protective materials for applications in various aspects. However, it is still challenging to integrate flexible, stiffness-changeable, and protective properties into a single polymer, although these merits are of great interest in many burgeoning areas. Herein, we report an impact-protective supramolecular polymeric material (SPM) with unique impact-hardening and reversible stiffness-switching characteristics by mimicking sea cucumber dermis. The emergence of softness–stiffness switchability and subsequent protective properties relies on the dynamic aggregation of the nanoscale hard segments in soft transient polymeric networks modulated by quadruple H-bonding. As such, we demonstrate that our SPM could efficiently reduce the impact force and increase the buffer time of the impact. Importantly, we elucidate the underlying mechanism behind the impact hardening and energy dissipation in our SPM. Based on these findings, we fabricate impact- and puncture-resistant demos to show the potential of our SPM for protective applications.

DOI: 10.1021/jacs.0c12119

Source: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12119

 

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