Entropy-Driven Design of Highly Impact-Stiffening Supramolecular Polymer Networks with Salt-Bridge Hydrogen Bonds

化学 氢键 变硬 盐桥 超分子化学 聚合物 纳米技术 分子 有机化学 复合材料 生物化学 材料科学 突变体 基因
作者
Haiyan Qiao,Baohu Wu,Shengtong Sun,Peiyi Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (11): 7533-7542 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13392
摘要

Impact-stiffening materials that undergo a strain rate-induced soft-to-rigid transition hold great promise as soft armors in the protection of the human body and equipment. However, current impact-stiffening materials, such as polyborosiloxanes and shear-thickening fluids, often exhibit a limited impact-stiffening response. Herein, we propose a design strategy for fabricating highly impact-stiffening supramolecular polymer networks by leveraging high-entropy-penalty physical interactions. We synthesized a fully biobased supramolecular polymer comprising poly(α-thioctic acid) and arginine clusters, whose chain dynamics are governed by highly specific guanidinium-carboxylate salt-bridge hydrogen bonds. The resulting material exhibits an exceptional impact-stiffening response of ∼2100 times, transitioning from a soft dissipating state (21 kPa, 0.1 Hz) to a highly stiffened glassy state (45.3 MPa, 100 Hz) with increasing strain rates. Moreover, the material's high energy-dissipating and hot-melting properties bring excellent damping performance and easy hybridization with other scaffolds. This entropy-driven approach paves the way for the development of next-generation soft, sustainable, and impact-resistant materials.
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