南开大学梁嘉杰教授团队 Nano Lett.：一种高分子材料增强增韧的新策略

2023-06-23 来源：高分子科技

材料的增强增韧是高分子材料的重点研究方向，也是一直以来的研究难点。天然蜘蛛丝具有优异的力学强度、延展性、韧性等，是力学强韧性能结合最好的材料之一。蜘蛛丝优异的机械性能主要源于其多级结构。其一级结构是β-片状纳米晶为交联点以及富甘氨酸无定形区，通过纳米晶交联提高蜘蛛丝力学强度，通过无定型区提高蜘蛛丝的延展性；其二级结构是β-片状纳米晶中取向排列的β-strands，并通过黏滑形变提供能量耗散进一步提高蜘蛛丝的延展性和韧性。通过模仿蜘蛛丝结构来实现材料的增强增韧是一直以来的研究热点，但是要真正想达到蜘蛛丝优异的综合力学性能，仍然是一个挑战。

近期，南开大学材料学院梁嘉杰教授和中科大吴恒安教授团队合作，提出了一种双交联网络策略，模拟蜘蛛丝特殊的多级结构，制备了具有高强、高韧、高延展性的人造纤维材料。作者通过在聚乙烯醇纤维中引入两种互相独立的交联点结构：具有刚性的纤维素纳米晶交联点以及可滑移的聚轮烷交联点，在纤维内部构筑双网络结构。其中，由于纤维素纳米晶本征高强高模量的特征，其作为交联点可形成刚性的高分子网络，提高纤维材料的力学强度。而滑轮材料聚轮烷作为交联点可形成机械联锁结构，通过滑轮效应，极大提升纤维材料的延伸率和力学韧性。两种网络作用机理不同，不会互相影响，让纤维的强度与应变同时得到提升，解决增强-增韧的矛盾性，为强韧材料的制备提供一种新思路。

同时，所获得的人造纤维材料还具有类似于蜘蛛丝的抗冲击以及形状记忆等特性，并可用于对高分子复合材料的力学增强中，极大提高复合材料的抗疲劳性能。该工作以“Biomimetic Super tough, Strong and Ductile Artificial Polymer Fiber based on Immovable and Slidable Crosslinks”为题发表在《Nano Letters》上。南开大学硕士生孔振和中科大研究生侯远震为共同一作。该研究得到国家自然科学基金委的支持。该工作也是梁嘉杰团队近期在高分子纳米复合材料增强增韧方向（Adv. Mater. 2023, 35, 2209527）的延续性工作。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c01786

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻