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

  為了適應復雜多變的環境,自然生物進化出了豐富的自適應力學行為,如應變增強、高阻尼和在自然環境條件下的響應驅動特性。具有自適應力學特性的先進智能材料在生物醫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。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結構超分子網絡。


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


1. 蜘蛛絲a)及超分子網絡b)的分子結構示意圖。


  這種非均相超分子網絡表現出顯著應變、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出優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的能量耗散率>80%,以及濕度引發超收縮率>50%這種在溫和的自然環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)超分子網絡的雙官能度和多官能度交聯策略。c)不同交聯密度的雙官能度交聯超分子網絡的應力-應變曲線。d)不同濃度的多官能度交聯超分子網絡的應力-應變曲線。
 

3. 超分子網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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