Bioinspired Design of Strong, Tough, and Thermally Stable Polymeric Materials via Nanoconfinement

纳米技术 化学工程 碳纳米管 纳米复合材料 纳米尺度 制作
作者
Pingan Song,Jinfeng Dai,Guorong Chen,Youming Yu,Zhengping Fang,Weiwei Lei,Shenyuan Fu,Hao Wang,Zhigang Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (9): 9266-9278 被引量:105
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b04002
摘要

The combination of high strength, great toughness, and high heat resistance for polymeric materials is a vital factor for their practical applications. Unfortunately, until now it has remained a major challenge to achieve this performance portfolio because the mechanisms of strength and toughness are mutually exclusive. In the natural world, spider silk features the combination of high strength, great toughness, and excellent thermal stability, which are governed by the nanoconfinement of hydrogen-bonded β-sheets. Here, we report a facile bioinspired methodology for fabricating advanced polymer composite films with a high tensile strength of 152.8 MPa, a high stiffness of 4.35 GPa, and a tensile toughness of 30.3 MJ/m3 in addition to high thermal stability (69 °C higher than that of the polymer matrix) only by adding 2.0 wt % of artificial β-sheets. The mechanical and thermostable performance portfolio is superior to that of its counterparts developed to date because of the nanoconfinement and hydrogen-bo...
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