Recastable assemblies of carbon dots into mechanically robust macroscopic materials

材料科学 纳米技术 纳米颗粒 碳纤维 纳米材料 分子动力学 复合材料 复合数 化学 计算化学
作者
Bowen Sui,You‐Liang Zhu,Xuemei Jiang,Yifan Wang,Niboqia Zhang,Zhong‐Yuan Lu,Bai Yang,Yunfeng Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42516-8
摘要

Assembly of nanoparticles into macroscopic materials with mechanical robustness, green processability, and recastable ability is an important and challenging task in materials science and nanotechnology. As an emerging nanoparticle with superior properties, macroscopic materials assembled from carbon dots will inherit their properties and further offer collective properties; however, macroscopic materials assembled from carbon dots solely remain unexplored. Here we report macroscopic films assembled from carbon dots modified by ureido pyrimidinone. These films show tunable fluorescence inherited from carbon dots. More importantly, these films exhibit collective properties including self-healing, re-castability, and superior mechanical properties, with Young's modulus over 490 MPa and breaking strength over 30 MPa. The macroscopic films maintain original mechanical properties after several cycles of recasting. Through scratch healing and welding experiments, these films show good self-healing properties under mild conditions. Moreover, the molecular dynamics simulation reveals that the interplay of interparticle and intraparticle hydrogen bonding controls mechanical properties of macroscopic films. Notably, these films are processed into diverse shapes by an eco-friendly hydrosetting method. The methodology and results in this work shed light on the exploration of functional macroscopic materials assembled from nanoparticles and will accelerate innovative developments of nanomaterials in practical applications.

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