Bioinspired microstructures of chitosan hydrogel provide enhanced wear protection

壳聚糖 微观结构 材料科学 化学工程 纳米技术 自愈水凝胶 复合材料 高分子化学 工程类
作者
Jimmy Faivre,Guillaume Sudre,Alexandra Montembault,Stéphane Benayoun,Xavier Banquy,Thierry Delair,Laurent David
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (11): 2068-2076 被引量:12
标识
DOI:10.1039/c8sm00215k
摘要

We describe the fabrication of physical chitosan hydrogels exhibiting a layered structure. This bilayered structure, as shown by SEM and confocal microscopy, is composed of a thin dense superficial zone (SZ), covering a deeper zone (DZ) containing microchannels orientated perpendicularly to the SZ. We show that such structure favors diffusion of macromolecules within the hydrogel matrix up to a critical pressure, σc, above which channels were constricted. Moreover, we found that the SZ provided a higher wear resistance than the DZ which was severely damaged at a pressure equal to the elastic modulus of the gel. The coefficient of friction (CoF) of the SZ remained independent of the applied load with μSZ = 0.38 ± 0.02, while CoF measured at DZ exhibited two regimes: an initial CoF close to the value found on the SZ, and a CoF that decreased to μDZ = 0.18 ± 0.01 at pressures higher than the critical pressure σc. Overall, our results show that internal structuring is a promising avenue in controlling and improving the wear resistance of soft materials such as hydrogels.
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