Bioinspired Mineralized, Mechanically Reinforced Elastic Hydrogel without Hysteresis and Deformation-Rate Dependence

材料科学 磁滞 复合材料 变形(气象学) 矿物学 凝聚态物理 化学 物理
作者
Dong-Yeong Kim,Donghwan Ji,So-Yeon Jung,Ziwen Fan,Jaeyun Kim,Chang‐Soo Lee
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (34): 12832-12841 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c02338
摘要

Living organisms exhibit exceptional mechanical adaptability under external stresses by integrating hierarchical inorganic-organic structures. Inspired by their biomineralization, this study presents a synthetic strategy to fabricate mechanically reinforced, hyperelastic, mineralized hydrogels via in situ silicification. Based on the natural bio-silicification process, we first mineralize silica nanoparticles from a nanocomplex containing high amounts of amine moieties in the hydrogel matrix. The size, shape, and distribution of silica nanoparticles were adjustable through the consecutive in situ process, which enables interlocking/entrapment of silica nanoparticles and polymer networks. The resulting silicified hydrogels overcome the conventional trade-off between strength/stiffness and toughness, thereby achieving the enhanced mechanical properties with hysteresis-free and deformation-rate-independent hyperelastic behaviors. Their superior mechanical characteristics allow the hydrogel to function as a strain sensor with exceptional durability under cyclic loading-unloading deformation. This strategy offers a versatile platform for the design of mechanically robust hydrogels.
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