在自然界中，刚度变化行为对于生物体来说是必不可少的，然而，这在合成材料中很难实现。最近，科研人员通过开发受海参真皮启发的可互换超分子构型报告了一种改变刚度的智能材料，该构型显示出极端的、可切换的机械性能。在水合状态下，该材料具有拉伸的双链超分子网络，表现出低刚度和高柔韧性的软凝胶行为。在乙醇的刺激下转变为卷曲的超分子构型，它自我调整为硬质物质，刚度从0.51增加到243.6 MPa近500倍，具有出色的承载能力（超过自身重量的35,000倍），并且优异的抗穿刺/抗冲击性，比冲击强度约为 116 kJ m-2 (g cm-3)-1（高于某些金属和合金，如铝，甚至可与市售的保护材料如 D3O 和 Kevlar 相媲美））。此外，这种材料表现出依赖于重构的自修复行为和可设计的可成形性，在需要高强度耐用性和良好可成形性的先进工程领域具有广阔的前景。这项工作可能为从超分子尺度构型调控发展自调控材料开辟了新的视角。
图1.自调控智能材料的生物学灵感与设计。
图2 Cel-PAAm可互换超分子构型的机理。
图 3. 在乙醇刺激下捕捉 Cell-PAIn 实时结构演变的实验测量。
图 4. Cell-PAAmin 两种可切换状态的机械行为。
图 5. Cel-PAAm 的可设计性、可回收性、自愈性和优异的抗穿刺性。
相关论文以题为A Stiffness-Switchable, Biomimetic Smart Material Enabled by Supramolecular Reconfiguration发表在《Advanced Materials》上。通讯作者是武汉大学陈朝吉教授、东北林业大学于海鹏教授。
参考文献：
doi.org/10.1002/adma.202107857