A Stiffness‐Switchable, Biomimetic Smart Material Enabled by Supramolecular Reconfiguration

材料科学 刚度 成形性 超分子化学 纳米技术 复合材料 控制重构 结构材料 耐久性 计算机科学 结晶学 晶体结构 嵌入式系统 化学
作者
Dawei Zhao,Bo Pang,Ying Zhu,Wanke Cheng,Kaiyue Cao,Dongdong Ye,Chuanling Si,Guangwen Xu,Chaoji Chen,Haipeng Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (10) 被引量:127
标识
DOI:10.1002/adma.202107857
摘要

In nature, stiffness-changing behavior is essential for living organisms, which, however, is challenging to achieve in synthetic materials. Here, a stiffness-changing smart material, through developing interchangeable supramolecular configurations inspired from the dermis of the sea cucumber, which shows extreme, switchable mechanical properties, is reported. In the hydrated state, the material, possessing a stretched, double-stranded supramolecular network, showcases a soft-gel behavior with a low stiffness and high pliability. Upon the stimulation of ethanol to transform into the coiled supramolecular configuration, it self-adjusts to a hard state with nearly 500-times enhanced stiffness from 0.51 to 243.6 MPa, outstanding load-bearing capability (over 35 000 times its own weight), and excellent puncture/impact resistance with a specific impact strength of ≈116 kJ m-2 (g cm-3 )-1 (higher than some metals and alloys such as aluminum, and even comparable to the commercially available protective materials such as D3O and Kevlar). Moreover, this material demonstrates reconfiguration-dependent self-healing behavior and designable formability, holding great promise in advanced engineering fields that require both high-strength durability and good formability. This work may open up a new perspective for the development of self-regulating materials from supramolecular-scale configuration regulation.
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