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Beyond Cartilage‐Inspired Supramolecular Polyurethane for Adaptive Impact‐Resistant Protection with Robustness, Self‐Healing, and Recyclability

材料科学 超分子化学 弹性体 堆积 材料设计 纳米技术 灵活性(工程) 极限抗拉强度 软质材料 超分子聚合物 纳米纤维 陶瓷 脆性 复合材料 设计要素和原则 合理设计 聚合物 韧性 石墨烯 弹性(物理) 仿生学 纳米复合材料 聚氨酯 复合数 弹性(材料科学) 氢键 智能材料
作者
Rou‐Han Lai,Chia‐An Chiu,Yi‐An Chen,Athis Watwiangkham,Yu‐Hung Cheng,Yan‐Heng Chen,Min‐Han Yu,Lung‐Yi Lu,Chun‐Hsien Chen,Yi‐Ting Chen,Wei‐Hsiang Liao,Shang‐Hsiu Hu,H. B. Chen,Siriporn Jungsuttiwong,Ho‐Hsiu Chou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (22): e24271-e24271 被引量:2
标识
DOI:10.1002/advs.202524271
摘要

ABSTRACT Conventional ceramic and metallic impact‐protective materials are strong yet brittle and heavy, whereas soft materials such as Sylgard 184 and Styrofoam provide limited energy absorption and structural resilience. Achieving high impact resistance together with intrinsic self‐healing and recyclability remains a long‐standing challenge for polymeric systems, as most high‐strength soft elastomers rely on permanent covalent networks that hinder their reprocessability. Taking inspiration from human articular cartilage—a natural impact‐dissipative yet non‐healable tissue—we developed a supramolecular polyurethane–urea elastomer (PU‐BAMB) that emulates its fibrous–matrix architecture by integrating hierarchical hydrogen bonding and π – π stacking interactions through an aromatic diamine chain extender. This molecular design reproduces the multilevel energy‐dissipation mechanism of cartilage while overcoming its biological limitation by introducing intrinsic self‐healing and recyclability. The cooperative supramolecular framework achieves a finely tuned synergy between elasticity and rigidity, resulting in remarkable tensile strength (21.08 MPa), high fracture energy (138.36 kJ m − 2 ), and rapid self‐healing (97% recovery within 1 h at 90°C). PU‐BAMB exhibits pronounced hysteresis, strain‐rate‐induced stiffening, and outstanding impact‐mitigation efficiency while retaining lightweight flexibility and sustainability. This work establishes a bio‐inspired yet functionally advanced design paradigm for constructing robust, self‐healing, and recyclable impact‐resistant elastomers for next‐generation protective coatings, damping systems, and adaptive wearable devices.
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