Energy Dissipation and Toughening of Covalent Networks via a Sacrificial Conformation Approach

共价键 韧性 材料科学 网络共价键合 刚度 消散 弹性体 增韧 自愈水凝胶 模数 复合材料 纳米技术 化学 高分子化学 物理 有机化学 热力学
作者
Dong Zhao,Hao Chen,Zhi-You Wei,Zhiwei Liu,Bin Zheng,Zhaoming Zhang,Xuzhou Yan,Linli He,Tao Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202416790
摘要

Covalent polymer networks find wide utility in diverse engineering applications owing to their desirable stiffness and resilience. However, the rigid covalent chemical structure between crosslinking points imposes limitations on enhancing their toughness. Although the incorporation of sacrificial chemical bonds has shown promise in improving toughness through energy dissipation, composite networks struggle to maintain both rapid recovery and stiffness. Consequently, a significant challenge persists in achieving a covalent network that combines high strength, stiffness, toughness, and fast recovery performance. To address this challenge, we propose a novel sacrificial structure termed "sacrificial conformation." In this approach, β‐cyclodextrin is covalently embedded into the network skeleton as the sacrificial conformation element. Compared to traditional covalent networks (LCN), well‐designed cyclodextrin‐embedded covalent network (CCN) exhibit a 100‐fold increase in Young's modulus and a 60‐fold increase in toughness. Importantly, CCN maintains excellent elasticity, ensuring swift recovery after deformation. This sacrificial conformational strategy enables efficient energy dissipation without necessitating the rupture of chemical bonds, thereby overcoming the limitations of traditional approaches. This advancement holds great promise for the design and fabrication of advanced elastomers and hydrogels with superior mechanical properties and dynamic behavior.
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