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  自然生物體的自修復能力讓人驚嘆，經過幾億年的演變，不僅在形式上接近完美，而且在能源和物質利用率方面也是極其高效。目前自修復材料的修復能力還難以與自然界相媲美，而其復雜的制備手段也進一步阻礙了自修復材料的實際應用。吉林大學化學學院的楊明教授帶領研究人員，利用仿生設計，在提高自修復涂層的機械性能和制備效率方面取得了一系列的進展。

  受植物自修復過程中“自封閉”機制的啟發，在前期工作中，將具有“密封”作用的二維氮化硼納米片引入到聚乙烯醇/單寧酸（PVA/TA）體系中，利用層層自組裝技術（LBL）制備出高強度且自修復的智能涂層。基于擴散模型，對二維結構在自修復過程中的重要作用進行了深入的研究。

圖1. 氮化硼納米片的密封作用與聚合物擴散模型

  在此基礎上，為了進一步增強自修復涂層的機械性能，該團隊通過模擬人體表皮的上下分層結構，將含有大量氧化石墨烯(GO)納米片的線性層層自組裝(l-LBL)薄膜沉積到指數層層自組裝(e-LBL)薄膜上。這種新穎的仿生涂層不僅具有協同自修復能力，機械強度也得到了大幅度的提高，硬度甚至可以與牙釉質相媲美，受到了廣泛的關注。

圖2. 仿表皮涂層的協同自修復機制

  最近，該團隊利用廉價的蒙脫土粘土片（MTM）作為雜化涂層上層的二維增強相，通過簡單﹑快速﹑高效的刮膜技術成功地復制出了多級分層結構。這種可以規模化的雜化涂層不僅具有良好的自修復功能，而且其機械性能與反復自修復次數還能夠通過調節MTM的含量來優化。更為重要的是，利用這種新方法，表皮狀智能涂層可以輕松的涂覆到玻璃片﹑塑料板與纖維板等基底上，顯示出了優異的抗菌、黏附和阻燃性能，具有廣泛的應用前景。

圖3. 大規模制備表皮狀智能涂層

  從自然界汲取靈感，為獲得高性能、多功能的人造材料提供了重要的途徑。而這種將二維材料與天然結構相結合的手段，也許可以作為一種普適的設計理念，應用到其他的智能體系中。

  以上相關成果發表在ACS Nano（ACS Nano, 2016, 10, 9434-9445），ACS Nano（ACS Nano, 2018, 12, 1062?1073）和Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater., 2019, 1903984）上。論文的通訊作者為楊明教授。

  論文鏈接：

  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b04482

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b05478

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903984