Superior Hard but Quickly Reversible Si–O–Si Network Enables Scalable Fabrication of Transparent, Self-Healing, Robust, and Programmable Multifunctional Nanocomposite Coatings

化学 纳米复合材料 自愈 制作 可扩展性 材料科学 纳米技术 化学工程 计算机科学 数据库 医学 工程类 替代医学 病理
作者
Yi Hou,Guangda Zhu,Jie Cui,Ningning Wu,Bintao Zhao,Jian Xu,Ning Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (1): 436-445 被引量:64
标识
DOI:10.1021/jacs.1c10455
摘要

A coating with programmable multifunctionality based on application requirements is desirable. However, it is still a challenge to prepare a hard and flexible coating with a quick self-healing ability. Here, a hard but reversible Si–O–Si network enabled by aminopropyl-functionalized poly(silsesquioxane) and triethylamine (TEA) was developed. On the basis of this Si–O–Si network, basic coatings with excellent transparency, hardness, flexibility, and quick self-healing properties can be prepared by filling soft polymeric micelles into hard poly(silsesquioxane) networks. The highly cross-linked continuous network endows the coating with a hardness (H = 0.83 GPa) higher than those of most polymers (H < 0.3 GPa), while the uniformly dispersed micelles decrease the Young's modulus (E = 5.89 GPa) to a value as low as that of common plastics, resulting in excellent hardness and flexibility, with an H/E of 14.1% and an elastic recovery rate (We) of 86.3%. Scratches (∼50 μm) on the coating can be healed within 4 min. The hybrid composition of poly(silsesquioxane) networks also shows great advantages in integration with other functional components to realize programmable multifunctionality without diminishing the basic properties. This nanocomposite design provides a route toward the preparation of materials with excellent comprehensive functions without trade-offs between these properties.
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