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受蜻蜓翅膀微結構啟發的堅韌可修複材料 。圖片來源：吳凱等
日前，南京理工大學教授傅佳駿和四川大學教授傅強、副研究員吳凱合作報道了一種以蜻蜓翅膀為(wei) 靈感打造的堅硬而強韌的可修複材料。相關(guan) 論文近日刊登於(yu) 《物質》。
受到生物體(ti) 能夠自主修複自身結構、性能和特定功能的啟發，研究人員開發出了一係列基於(yu) 超分子相互作用（如氫鍵、配位鍵、離子鍵等）的可修複聚合物材料。由於(yu) 非共價(jia) 相互作用在分子層麵能夠可逆地斷裂結合，該類材料不僅(jin) 具在理論上有無限次修複能力，而且還能修複原有功能，如導電、傳(chuan) 感、抗腐蝕等。
近年來，研究人員專(zhuan) 注於(yu) 開發具有高強度、高模量的可修複材料，這類材料在智能建築、航空航天、汽車工業(ye) 等高科技領域具有廣闊的應用前景。然而，目前報道的基於(yu) 超分子相互作用的剛性可修複材料都表現出脆性斷裂的特征。簡言之，這類材料的斷裂韌性很低，導致材料在使用過程中出現災難性的斷裂，從(cong) 而引發嚴(yan) 重的安全事故。
蜻蜓翅膀具有從(cong) 微納尺度到宏觀尺度的獨特分級結構，這種分級結構完美地賦予了其卓越的力學性能。例如，蜻蜓翅膀中剛性的翅脈能夠抵抗機械變形，從(cong) 而給翅膀提供所需的強度和剛度，而嵌入翅脈中的翅膜則能夠有效的分散外界作用力，所以翅膜和翅脈組合而成的連通型混合網絡結構具有協同增強作用。研究證實，蜻蜓的翅膀是輕量化的，其比強度和比剛度高於(yu) 商用航空鋁合金。而同時，由於(yu) 蜻蜓翅膀具有高度規則的分級結構和特殊的止裂效果，它還具有優(you) 異的韌性、承載能力和抗疲勞能力，這也給翅膀提供了保護作用，防止空氣摩擦使蜻蜓翅膀折斷。
有鑒於(yu) 此，研究人員通過定構加工的思路，在硬而脆的可修複聚合物基體(ti) 中植入三維互聯的仿蜻蜓翅膀微結構骨架，解決(jue) 了剛性可修複材料脆性斷裂的問題。與(yu) 初始的材料相比，製備的仿生複合材料的綜合力學性能有了顯著提升，其剛度提高了3.8倍，強度提高了25倍，應變提高了7.9倍，斷裂韌性則提高了54.3倍。
此外，製備的仿生複合材料還具有快速的光控可修複性能、優(you) 異的熱穩定性以及良好的的電磁屏蔽能力，是一種多功能集成的堅韌複合材料，具有廣闊的應用前景。
相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.05.001
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