服务粉丝

我们一直在努力
当前位置:首页 > 财经 >

东北林大于海鹏教授、沈阳化工赵大伟教授《Adv. Sci.》:仿生多尺度设计策略用于构建强韧且抗冲击生物离子凝胶

日期: 来源:高分子科技收集编辑:高分子科技
点击上方“蓝字” 一键订阅

结构设计为开发具有理想机械性能的先进软材料提供了有效的解决方案。开发高性能离子凝胶已成为材料科学领域最令人兴奋的前沿领域之一。然而,在离子凝胶中创建多尺度结构以获得强大的机械性能具有挑战性。


木质纤维素与丝素纤维都是人们熟知的天然高分子聚合物,纤维素分子链上丰富的羟基结构赋予其多元化的氢键拓扑网络构效设计,丝素纤维作为一种宏观上强韧的纤维材料得益于其微观上独特的蛋白质多尺度结构,高度结晶的β折叠构象赋予其优越的刚度和韧性。因此可以在分子尺度调控设计两种天然高分子物质,赋予材料更新颖、更强大的性能。

近日,东北林业大学硕士研究生曹凯玥(第一作者)提出了一种原位多尺度整合策略,最优化地保留了丝素纤维宏观的强悍机械特性,同时构建的多尺度氢键拓扑网络可进一步强化凝胶材料的机械、电学等性能。作者利用可扩展的离子热刺激调控丝素纤维在纤维素分子凝胶体中的原位分裂与分子化,构建出了一种多尺度结构离子凝胶(M-gel)(图1)。该M-gel显示出由微纤维、纳米原纤维和超分子氢键网络组合的跨尺度结构优势(图2)。当使用该策略构建由深海玻璃海绵启发的M-gel时,开发的仿生M-gel表现出优异的机械性能,弹性模量高达31.5 MPa,断裂强度可超6.5 MPa,韧性达到1540 kJ/m3,瞬时抗冲击性可达3.07 kJ/m(图3),综合性能优于大多数已报道的聚合物凝胶,甚至可与硬木相当,为开发具有理想机械性能、抗冲击性的先进软材料提供了有效的解决方案。同时,该策略可扩展到其它生物聚合物,为高性能生物离子凝胶构建提供了一种有前景的原位设计方法,可指导设计需要更大抗冲击性或使用条件更苛刻的承重软材料。该研究以Bio-Inspired Multiscale Design for Strong and Tough Biological Ionogels为题发表于最新一期Advanced Science》期刊,文章通讯作者为东北林业大学于海鹏教授与沈阳化工大学赵大伟教授
 


图1.M-gel的设计思路
 


2.M-gel的多尺度结构构建
 


3.仿生M-gel的机械性能和离子传导性

总结:作者提出了一种生物启发的结构增强策略,通过整合绿色和生物相容的丝素蛋白和纤维素来开发高强度生物离子凝胶。丝素蛋白的多级结构和纤维素分子凝胶体独特的热效应赋予了离子凝胶材料多尺度结构设计可行性。通过仿生加固设计和跨尺度物理化学拓扑网络的构建,所得M-gel具有优异的力学性能及抗冲击性能。这项工作将为仿生结构设计开辟新的视角,以开发具有卓越力学性能的功能性和创新的离子凝胶材料,有助于扩大其在智能保护装置和稳健生物电子学领域的潜在应用。


论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202207233


相关进展

沈阳化工大学赵大伟和东北林业大学于海鹏等:“一种多感官仿生电子皮肤”研究新进展

东北林大于海鹏教授、中南林科大吴义强教授与沈阳化工赵大伟博士《AM》综述:纤维素基柔性功能材料在智能电子中应用进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享,刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群,请先加审核微信号PolymerChina (或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。

这里“阅读原文”,查看更多


相关阅读

  • 成会明院士/周光敏,连发AM、Angew.!

  • 【做计算 找华算】理论计算助攻顶刊,10000+成功案例,全职海归技术团队、正版商业软件版权!经费预存选华算,高至15%预存增值!近日,清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授与中科院深

热门文章

  • “复活”半年后 京东拍拍二手杀入公益事业

  • 京东拍拍二手“复活”半年后,杀入公益事业,试图让企业捐的赠品、家庭闲置品变成实实在在的“爱心”。 把“闲置品”变爱心 6月12日,“益心一益·守护梦想每一步”2018年四

最新文章

  • 沈阳建成东北首座超高立体停车塔

  • // 随着城市的不断发展,汽车保有量逐年增长,沈阳市机动车保有量约300万辆,停车难成为市民普遍反映的急难愁盼问题之一。今年,沈阳市通过优化停车供给结构、扩容停车泊位、完
  • 《蘑菇的荣耀》金针菇篇

  • 《蘑菇的荣耀》金针菇篇《蘑菇的荣耀》纪录片由中国菌物学会发起,并特邀部分地方政府及实业家共同出品。该纪录片共分六集,以香菇篇、灵芝篇、金针菇篇、白蘑菇篇、银耳篇和黑
  • 毕业季:如何撰写硕士学位论文(30页/PPT)

  • 毕业季:如何撰写硕士学位论文(30页/PPT)二知了公众号对话框回复:by,获取目标资源!二知了精选资源:1、Origin安装软件+视频教程+PDF教程:包括:经典Origin 8.0(公众号回复:Origin);最新Orig