Superior Strong and Tough Nacre-Inspired Materials by Interlayer Entanglement

韧性 材料科学 耗散系统 量子纠缠 复合材料 纳米尺度 消散 纳米技术 制作 石墨烯 物理 量子 热力学 医学 病理 量子力学 替代医学
作者
Lidan Wang,Bo Wang,Ziqiu Wang,Jiajing Huang,Kaiwen Li,Senping Liu,Jiahao Lu,Zhanpo Han,Yue Gao,Gangfeng Cai,Yingjun Liu,Yingjun Liu,Yan Chen,Yue Lin,Yilun Liu,Yilun Liu,Chao Gao,Zhen Xu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (8): 3352-3361 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c00332
摘要

Natural materials teach that mechanical dissipative interactions relieve the conflict between strength and toughness and enable fabrication of strong yet tough artificial materials. Replicating natural nacre structure has yielded rich biomimetic materials; however, stronger interlayer dissipation still waits to be exploited to extend the performance limits of artificial nacre materials. Here, we introduce strong entanglement as a new artificial interlayer dissipative mechanism and fabricate entangled nacre materials with superior strength and toughness, across molecular to nanoscale nacre structures. The entangled graphene nacre fibers achieved high strength of 1.2 GPa and toughness of 47 MJ/m 3, and films reached 1.5 GPa and 25 MJ/m 3 . Experiments and simulations reveal that strong entanglement can effectively dissipate interlayer energy to relieve the conflict between strength and toughness, acting as natural folded proteins. The strong interlayer entanglement opens up a new path for designing stronger and tougher artificial materials to mimic but surpass natural materials.
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