Bioinspired Bouligand-Structured Cellulose Nanocrystals/Poly(vinyl alcohol) Composite Hydrogel for Enhanced Impact Resistance

乙烯醇 材料科学 纤维素 复合数 纳米晶 纳米纤维素 化学工程 复合材料 纳米技术 聚合物 工程类
作者
Pengcheng Cui,Jiadong Chen,Kewen Fu,Jie Deng,Taolin Sun,Kun Chen,Panchao Yin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (39): 53022-53032 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c13264
摘要

Impact-protective materials are gaining importance because of the widespread occurrence of impact damage. Hydrogels have emerged as promising candidates owing to their lightweight and flexible nature. However, achieving soft impact-resistant hydrogels with exceptional stiffness, strength, and toughness remains a challenge. Inspired by the Bouligand structure found in the smasher dactyl club of stomatopods, we propose a straightforward multiscale hierarchical structural design strategy. This strategy integrates self-assembly and salting-out techniques to enhance the impact resistance of soft hydrogels. Rigid cellulose nanocrystals (CNCs) self-assemble into Bouligand-like structures within soft poly(vinyl alcohol) (PVA) matrix via supramolecular interactions. This rational structural design combines the CNC Bouligand structure with a cross-linked network of soft PVA crystalline domains, resulting in a composite hydrogel with impressive mechanical properties: high tensile fracture strength (30.2 MPa), elastic modulus (62.7 MPa), and fracture energy (75.6 kJ m
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