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南京林業大學羅艷龍 AFM:受蜻蜓翅膀啟發的網狀分級結構實現超分子彈性體的強韌化
2025-04-04  來源:高分子科技
  在材料科學領域,兼顧彈性體的高強度與高韌性一直是一個挑戰。彈性體通常具有優異的可拉伸性和柔韌性,但往往在高強度和高韌性之間存在矛盾。高強度材料通常較脆,而高韌性材料則往往缺乏足夠的剛性難以承受高載荷


  本工作受蜻蜓翅膀多級結構的啟發,在動態酰基氨基脲基團中引入非匹配超分子相互作用(MMSIs),構建了SPUU-DS彈性體的剛柔互補型雜化網絡。通過軟段(類似柔性翅膜)與硬段(類似剛性翅脈)的協同作用機制,結合致密氫鍵陣列實現軟硬段動態適配。制備的超分子彈性體斷裂時的真應力為1.1 GPa,韌性為325.54 MJ/m3,斷裂能為232.83 kJ/m2,同時還具有自修復性能。進一步將彈性體與石墨烯復合后制備了三明治結構的防護和監測傳感,通過穿刺角度與電阻信號的智能關聯特性,不僅可以提高輪胎的抗穿刺性能,還能對輪胎的損傷進行定位預警。



1蜻蜓翅膀仿生結構、剛柔超分子鏈協同增強機理及軟/硬段分子設計示意圖



2 SPUU彈性體合成路徑、硬段分子動力學模型(粉色標示)、內聚能密度對比及軟硬段相互作用能(Es-h分析。



3 SPUU-D2S1(1.6)紫外可見光譜、手機薄膜成像、變溫FTIRν(N-H)/ν(C=O))、同步/異步映射及氫鍵類型解析



4彈性體拉伸XRD表征AFM/SAXS形貌表征、tanδ溫變響應及應力松弛活化能對比



5 SPUU-DS力學綜合性能:應力-應變響應、6.0 kg承載、抗穿刺機制、缺口敏感性、斷裂能及循環加載行為



6 自修復性能表征:力學恢復、重復加工性能、光譜追蹤及動態氫鍵機制



7智能防護監測應用:穿刺力-位移行為及多角度(30°-120°)穿刺下的電阻信號(ΔR/R0)動態響應特性。


  相關研究成果以"Dragonfly wing-inspired reticular hierarchical structure enables strong and tough supramolecular elastomers"為題發表在Advanced Functional Materials10.1002/adfm.202409146)期刊上。南京林業大學碩士研究生盧慶闖為第一作者,南京林業大學羅艷龍副教授為通訊作者。此研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金和常州市科技項目資助支持


  論文信息:

  Qingchuang Lu, Lei Duan, Yao Liu, Chenrui Zhang, Zebo Zhang, Zhenyang Luo, Cheng-Hui Li, and Yanlong Luo*. Dragonfly wing-inspired reticular hierarchical structure enables strong and tough supramolecular elastomers, Advanced Functional Materials, 2025, 2506282. DOI: 10.1002/adfm.202409146.

  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202506282

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(責任編輯:xu)
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