Energy‐Dissipative Matrices Enable Synergistic Toughening in Fiber Reinforced Soft Composites

材料科学 自愈水凝胶 复合材料 弹性体 纤维 软机器人 极限抗拉强度 消散 模数 增韧 韧性 计算机科学 高分子化学 执行机构 人工智能 物理 热力学
作者
Yiwan Huang,Daniel R. King,Tao Lin Sun,Takayuki Nonoyama,Takayuki Kurokawa,Tasuku Nakajima,Jian Ping Gong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (9) 被引量:148
标识
DOI:10.1002/adfm.201605350
摘要

Tough hydrogels have shown strong potential as structural biomaterials. These hydrogels alone, however, possess limited mechanical properties (such as low modulus) when compared to some load‐bearing tissues, e.g., ligaments and tendons. Developing both strong and tough soft materials is still a challenge. To overcome this obstacle, a new material design strategy has been recently introduced by combining tough hydrogels with woven fiber fabric to create fiber reinforced soft composites (FRSCs). The new FRSCs exhibit extremely high toughness and tensile properties, far superior to those of the neat components, indicating a synergistic effect. Here, focus is on understanding the role of energy dissipation of the soft matrix in the synergistic toughening of FRSCs. By selecting a range of soft matrix materials, from tough hydrogels to weak hydrogels and even a commercially available elastomer, the toughness of the matrix is determined to play a critical role in achieving extremely tough FRSCs. This work provides a good guide toward the universal design of soft composites with extraordinary fracture resistance capacity.
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