Superstretchable, yet stiff, fatigue-resistant ligament-like elastomers

弹性体 材料科学 韧性 复合材料 模数 刚度 软机器人 消散 人工肌肉 断裂韧性 计算机科学 执行机构 热力学 物理 人工智能
作者
Mengxue Li,Lili Chen,Yiran Li,Xiaobin Dai,Zhekai Jin,Yucheng Zhang,Wenwen Feng,Li‐Tang Yan,Yi Cao,Chao Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:68
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30021-3
摘要

Abstract Ligaments are flexible and stiff tissues around joints to support body movements, showing superior toughness and fatigue-resistance. Such a combination of mechanical properties is rarely seen in synthetic elastomers because stretchability, stiffness, toughness, and fatigue resistance are seemingly incompatible in materials design. Here we resolve this long-standing mismatch through a hierarchical crosslinking design. The obtained elastomer can endure 30,000% stretch and exhibit a Young’s modulus of 18 MPa and toughness of 228 MJ m −3 , outperforming all the reported synthetic elastomers. Furthermore, the fatigue threshold is as high as 2,682 J m −2 , the same order of magnitude as the ligaments (~1,000 J m −2 ). We reveal that the dynamic double-crosslinking network composed of Li + -O interactions and PMMA nanoaggregates allows for a hierarchical energy dissipation, enabling the elastomers as artificial ligaments in soft robotics.
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