生物启发的多层复合材料:通过动态协调网络实现自主治愈和速率依赖力学

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物化学 聚合物化学
• 生物仿真工程 生物仿真工程

背景情况:

• 人类的形成为自主自我愈合材料提供了一个自然模型.
• 传统的非牛顿流体经常表现出不良的粘弹性爬行和不可逆转的变形.
• 弹性体被广泛使用,但可能缺乏强大的自我愈合和抗冲击能力.

研究的目的:

• 设计新的多层复合材料,以自然伤口愈合为灵感.
• 研究这些工程材料的自我愈合能力和抗冲击能力.
• 分析层层结构对材料性能和性能的影响.

主要方法:

• 通过交替的聚二甲基 (PDMS) 和聚二博 (PDBS) 层材制造多层复合材料.
• 在PDBS中利用动态的二博-氧协调键进行自我愈合和能量消散.
• 采用风学特征来评估粘弹性行为,延展率灵敏度和在多轴负荷下维度稳定性.

主要成果:

• 在24小时内实现了超过95%的自主自我修复效率,用于3,5和9层配置.
• 在PDBS组件中,由于能量消散机制,证明了增强的抗冲击能力.
• 观察到更好的尺寸稳定性和减少不可逆转的变形,增加了层次数 (3到9层).
• 具有显著的应变速率灵敏度,储存模量与应用于应变速率成比例增加.

结论:

• 设计的PDMS/PDBS多层复合材料有效地模仿了自然的形成,用于自我愈合的应用.
• 采用动态协调键和结构增强的材料设计显著提高了愈合效率和机械性能.
• 开发的材料对需要强大,自我修复的弹性体和可调节的粘弹性反应的应用具有前景.