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深圳大學黃思雅課題組 AFM:受蜘蛛絲啟發(fā)的具有應變強化、高阻尼和超收縮性能的非均相超分子網(wǎng)絡
2023-08-23  來源:高分子科技

  為了適應復雜多變的環(huán)境,自然生物進化出了豐富的自適應力學行為,如應變增強、高阻尼和在自然環(huán)境條件下的響應驅(qū)動特性。具有自適應力學特性的先進智能材料在生物醫(yī)學領域和仿生設計中具有巨大的應用前景。然而,設計并制備具有多種自適應力學特性的智能材料仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。深圳大學黃思雅研究員課題組以蜘蛛絲的分子化學和結構為靈感,通過蒸發(fā)誘導氫鍵大分子自組裝,構建了一種具有多種自適應性的異質(zhì)結構超分子網(wǎng)絡。


  該工作采用一種條件溫和且環(huán)境友好的仿生制備策略,通過水溶劑揮發(fā)誘導單一大分子自組裝,構建了具有異質(zhì)結構的超分子聚合物網(wǎng)絡(1)。超分子網(wǎng)絡由動態(tài)氫鍵締合而成的硬()相和軟(非晶)相組成,在制備方法、分子化學及結構上均呈現(xiàn)出與蛛絲的相似性。 


1. 蜘蛛絲a)及超分子網(wǎng)絡b)的分子結構示意圖。


  這種非均相超分子網(wǎng)絡表現(xiàn)出顯著應變、時間和濕度依賴性,在寬范圍的應變、應變速率和濕度變化下展現(xiàn)出優(yōu)異的自適應力學性能形狀響應特性(圖2和圖3:拉伸率>130%,應變強化下的模量提升6倍,在寬應變速率范圍內(nèi)的能量耗散率>80%,以及濕度引發(fā)超收縮率>50%。這種在溫和的自然環(huán)境條件下具有多種自適應力學特性的智能材料在軟體機器人、人工肌肉和生物醫(yī)學領域具有廣闊的應用前景。該研究以題為“Spider-Silk-Inspired Heterogeneous Supramolecular Network with Strain-Stiffening, High Damping Capacity, and Supercontraction”的論文發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。深圳大學高等研究院研究生杜波彥為論文第一作者。該研究得到國家自然科學基金委和廣東省基礎與應用基礎研究項目的支持。 


2. a)超分子網(wǎng)絡的J型應力-應變曲線及其對應的分子構型示意圖。b)超分子網(wǎng)絡的雙官能度和多官能度交聯(lián)策略。c)不同交聯(lián)密度的雙官能度交聯(lián)超分子網(wǎng)絡的應力-應變曲線。d)不同濃度的多官能度交聯(lián)超分子網(wǎng)絡的應力-應變曲線。
 

3. 超分子網(wǎng)絡在寬范圍應變速率和濕度變化下的自適應力學特性、高阻尼和超收縮行為。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202306071

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(責任編輯:xu)
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