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中国科大基于多尺度界面设计创制高性能仿生珍珠层材料

在深入理解贝壳珍珠层的“砖-泥”层状微纳结构、多级界面特点和强韧化机制的基础上,提出了一种新型的仿生多尺度软硬双网络聚合物基界面设计策略,结合高效的自下而上仿生组装方法,利用廉价的粘土纳米薄片成功地制备出综合性能卓越的宏观块体仿珍珠层纳米复合材料。

新安晚报 安徽网 大皖客户端讯 贝壳的珍珠层,由占主要部分的脆性碳酸钙矿物和少量的柔性聚合物构成,虽然组分简单,但其精致的多级结构和界面特点赋予其超出自身组分几个数量级的优异力学性能。这种在温和条件下由简单材料组分生长实现的多级构造和性能放大,使贝壳的珍珠层受到研究人员的高度关注。矿物粘土和石墨烯等超薄纳米片作为接近理想和无缺陷的纳米结构单元,已经被广泛用于构筑仿珍珠层结构复合薄膜和涂层。然而,其在构筑更具实用价值的宏观尺度块体结构仿珍珠层材料方面仍然极具挑战,主要表现在难以设计稳健可控的微/纳尺度界面来增强纳米片单元及其之间的相互连接,进而实现对所构筑宏观块材的性能强化。

近日,中国科学技术大学俞书宏教授研究团队与吴恒安教授课题组合作,他们在深入理解贝壳珍珠层的“砖-泥”层状微纳结构、多级界面特点和强韧化机制的基础上,提出了一种新型的仿生多尺度软硬双网络聚合物基界面设计策略,结合高效的自下而上仿生组装方法,利用廉价的粘土纳米薄片成功地制备出综合性能卓越的宏观块体仿珍珠层纳米复合材料。所提出的界面设计策略温和而灵活,可适用于蒙脱土纳米片、石墨烯等不同二维纳米结构单元体系。相关研究论文近日以“Superior biomimetic nacreous bulk nanocomposites by a multiscale soft-rigid dual-network interfacial design strategy”为题发表于Cell Press旗下的材料学旗舰期刊Matter上(Matter 2019, 1, 412–427),论文第一作者为博士生陈思铭、副研究员高怀岭和博士生孙晓昊。

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