An Epidermis-like Hierarchical Smart Coating with a Hardness of Tooth Enamel

材料科学 涂层 石墨烯 复合材料 搪瓷漆 纳米技术 图层(电子) 聚合物 氧化物 自愈 逐层 冶金 医学 病理 替代医学
作者
Xiaodong Qi,Dan Zhang,Zhongbao Ma,Wenxin Cao,Ying Hou,Jiaqi Zhu,Yang Gan,Y. Ming
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (2): 1062-1073 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsnano.7b05478
摘要

We overcome the fundamental dilemma in achieving hard materials with self-healing capability by integrating an epidermis-like hierarchical stratified structure with attractive mechanical and barrier properties of graphene oxide and show that such biomimetic design enables a smart hierarchical coating system with a synergetic healing effect and a record-high stiffness (31.4 ± 1.8 GPa)/hardness (2.27 ± 0.09 GPa) among all self-healable polymeric films even comparable to that of tooth enamel. A quasi-linear layer-by-layer (LBL) film with constituent graphene oxide is deposited on top of an exponential LBL counterpart as a protective hard layer, forming a hierarchical stratified assembly mimicking the structure of epidermis. The hybrid multilayers can achieve a complete restoration after scratching thanks to the mutual benefit: The soft underneath cushion can provide additional polymers to assist the recovery of the outer hard layer, which in turn can be a sealing barrier promoting the self-healing of the soft layer during stimulated polymer diffusion. The presenting hybridization mode of LBL assembly represents a promising tool for integrating seemingly contradictory properties in artificial materials with potential performances surpassing those in nature.
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