A universal strategy for decoupling stiffness and extensibility of polymer networks

可扩展性 解耦(概率) 弹性体 聚合物 刚度 天然橡胶 材料科学 模数 聚合物网络 高分子科学 极限抗拉强度 拓扑(电路) 网络拓扑 复合材料 计算机科学 数学 工程类 控制工程 组合数学 操作系统
作者
Baiqiang Huang,Shifeng Nian,Li‐Heng Cai
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (48): eadq3080-eadq3080 被引量:27
标识
DOI:10.1126/sciadv.adq3080
摘要

Since the invention of polymer networks such as cross-linked natural rubber in the 19th century, it has been a dogma that stiffer networks are less stretchable. We report a universal strategy for decoupling the stiffness and extensibility of single-network elastomers. Instead of using linear polymers as network strands, we use foldable bottlebrush polymers, which feature a collapsed backbone grafted with many linear side chains. Upon elongation, the collapsed backbone unfolds to release stored length, enabling remarkable extensibility. By contrast, the network elastic modulus is inversely proportional to network strand mass and is determined by the side chains. We validate this concept by creating single-network elastomers with nearly constant Young's modulus (30 kilopascals) while increasing tensile breaking strain by 40-fold, from 20 to 800%. We show that this strategy applies to networks of different polymer species and topologies. Our discovery opens an avenue for developing polymeric materials with extraordinary mechanical properties.
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