Nanostructured artificial nacre

聚电解质 材料科学 韧性 层状结构 离子键合 纳米尺度 极限抗拉强度 高分子 复合材料 纳米技术 化学工程 高分子科学 聚合物 化学 离子 有机化学 工程类 生物化学
作者
Zhiyong Tang,Nicholas A. Kotov,Sergei Magonov,Birol Ozturk
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:2 (6): 413-418 被引量:1443
标识
DOI:10.1038/nmat906
摘要

Finding a synthetic pathway to artificial analogs of nacre and bones represents a fundamental milestone in the development of composite materials. The ordered brick-and-mortar arrangement of organic and inorganic layers is believed to be the most essential strength- and toughness-determining structural feature of nacre. It has also been found that the ionic crosslinking of tightly folded macromolecules is equally important. Here, we demonstrate that both structural features can be reproduced by sequential deposition of polyelectrolytes and clays. This simple process results in a nanoscale version of nacre with alternating organic and inorganic layers. The macromolecular folding effect reveals itself in the unique saw-tooth pattern of differential stretching curves attributed to the gradual breakage of ionic crosslinks in polyelectrolyte chains. The tensile strength of the prepared multilayers approached that of nacre, whereas their ultimate Young modulus was similar to that of lamellar bones. Structural and functional resemblance makes clay– polyelectrolyte multilayers a close replica of natural biocomposites. Their nanoscale nature enables elucidation of molecular processes occurring under stress.
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