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Hierarchical Nacre Mimetics with Synergistic Mechanical Properties by Control of Molecular Interactions in Self‐Healing Polymers

Abstract

Designing the reversible interactions of biopolymers remains a grand challenge for an integral mimicry of mechanically superior biological composites. Yet, they are the key to synergistic combinations of stiffness and toughness by providing sacrificial bonds with hidden length scales. To address this challenge, dynamic polymers were designed with low glass‐transition temperature Tg and bonded by quadruple hydrogen‐bonding motifs, and subsequently assembled with high‐aspect‐ratio synthetic nanoclays to generate nacre‐mimetic films. The high dynamics and self‐healing of the polymers render transparent films with a near‐perfectly aligned structure. Varying the polymer composition allows molecular control over the mechanical properties up to very stiff and very strong films (E≈45 GPa, σUTS≈270 MPa). Stable crack propagation and multiple toughening mechanisms occur in situations of balanced dynamics, enabling synergistic combinations of stiffness and toughness. Excellent gas barrier properties complement the multifunctional property profile.

Molekularer Mörtel: Dynamische, selbstheilende Polymere mit niedriger Glasübergangstemperatur und vierfachem Ureidopyrimidinon‐Wasserstoffbrückenmotiv wurden mit synthetischen Nanotonen zusammengefügt. Es entstehen transparente Perlmutt‐Mimetika mit definierter Mesostruktur und einer synergetischen Kombination aus Steifigkeit und Bruchzähigkeit.

Autoren:   Baolei Zhu, Nils Jasinski, Alejandro Benitez, Manuel Noack, Daesung Park, Anja S. Goldmann, Christopher Barner‐Kowollik, Andreas Walther
Journal:   Angewandte Chemie
Jahrgang:   2015
Seiten:   n/a
DOI:   10.1002/ange.201502323
Erscheinungsdatum:   10.06.2015
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