Biomimetic Impact Protective Supramolecular Polymeric Materials Enabled by Quadruple H-Bonding

超分子聚合物 氢键 自组装 非共价相互作用 共价键 晶体工程
作者
Kai Liu,Lin Cheng,Ningbin Zhang,Hui Pan,Xiwen Fan,Guangfeng Li,Zhaoming Zhang,Dong Zhao,Jun Zhao,Xue Yang,Yongming Wang,Ruixue Bai,Yuhang Liu,Zhiyuan Liu,Sheng Wang,Xinglong Gong,Zhenan Bao,Guoying Gu,Wei Yu,Xuzhou Yan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (2): 1162-1170 被引量:11
标识
DOI:10.1021/jacs.0c12119
摘要

Nature has been inspiring scientists to fabricate impact protective materials for applications in various aspects. However, it is still challenging to integrate flexible, stiffness-changeable, and protective properties into a single polymer, although these merits are of great interest in many burgeoning areas. Herein, we report an impact-protective supramolecular polymeric material (SPM) with unique impact-hardening and reversible stiffness-switching characteristics by mimicking sea cucumber dermis. The emergence of softness-stiffness switchability and subsequent protective properties relies on the dynamic aggregation of the nanoscale hard segments in soft transient polymeric networks modulated by quadruple H-bonding. As such, we demonstrate that our SPM could efficiently reduce the impact force and increase the buffer time of the impact. Importantly, we elucidate the underlying mechanism behind the impact hardening and energy dissipation in our SPM. Based on these findings, we fabricate impact- and puncture-resistant demos to show the potential of our SPM for protective applications.
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