Strong fatigue-resistant nanofibrous hydrogels inspired by lobster underbelly

自愈水凝胶 材料科学 业务 计算机科学 高分子化学
作者
Jiahua Ni,Shaoting Lin,Zhao Qin,David Veysset,Xinyue Liu,Yu‐Chen Sun,Alex J. Hsieh,Raúl Radovitzky,Keith A. Nelson,Xuanhe Zhao
出处
期刊:Matter [Elsevier BV]
卷期号:4 (6): 1919-1934 被引量:110
标识
DOI:10.1016/j.matt.2021.03.023
摘要

Summary

Nanofibrous hydrogels are pervasive in animal and plant bodies and have been widely seen in engineering applications. Electrospinning is one of the most widely used methods for the fabrication of nanofibrous hydrogels. Whereas the biological nanofibrous hydrogels can maintain high strength and high toughness under multiple cycles of mechanical loads, such fatigue-resistant properties have not been achieved in electrospun nanofibrous hydrogels. Here, we report a bioinspired design of strong and fatigue-resistant nanofibrous hydrogels that can closely mimic the bouligand structure of the natural hydrogel in the lobster underbelly. The resultant nanofibrous hydrogel can reach high nominal strength up to 8.4 MPa and high fatigue threshold up to 770 J/m2. We further demonstrate the superior impact resistance of the bioinspired bouligand-type nanofibrous hydrogel with specific penetration energy of 40 kJ/kg. We show that it is critical to weld the interfaces between nanofibers and introduce intrinsically high-energy phases (nanocrystalline domains) into nanofibers.
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