天然生物材料雖是由碳酸鈣和磷酸鈣等常見(jiàn)的材料組成,但往往具有適應(yīng)其環(huán)境及功能需要的復(fù)雜組裝超結(jié)構(gòu)和杰出的性能,為人們提供了材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化的靈感及指南,例如貝殼是由碳酸鈣和少量的殼質(zhì)素復(fù)合材料組裝形成的“磚塊水泥層狀有序結(jié)構(gòu)”,骨骼是由羥基磷灰石納米晶/膠原纖維組裝形成的有序結(jié)構(gòu)等。納米材料因具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)引起人們的極大興趣和關(guān)注。然而,通過(guò)納米結(jié)構(gòu)單元隨機(jī)雜亂堆積形成的宏觀塊體材料往往難以實(shí)現(xiàn)性能的最優(yōu)化。雖然模仿天然生物材料已被證實(shí)是構(gòu)建高性能材料的理想策略,但如何實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)單元的精準(zhǔn)有序自組裝仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
最近,中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在單相羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)自組裝快速制備高度有序柔性生物材料的研究工作基礎(chǔ)上(Feng Chen, Ying-Jie Zhu*, ACS Nano, 2016, 10, 11483–11495),制備出羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)/聚丙烯酸鈉準(zhǔn)液晶態(tài)漿料,再通過(guò)簡(jiǎn)單的針管注射方法將漿料注入乙醇中,成功研制出兼具羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)有序陣列結(jié)構(gòu)和“磚塊水泥層狀有序結(jié)構(gòu)”的高性能仿生柔性復(fù)合纖維。這種兼具“磚塊水泥層狀有序結(jié)構(gòu)”及羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)高度有序陣列結(jié)構(gòu)的仿生復(fù)合纖維具有良好的柔韌性,可以打結(jié)、彎曲或扭曲而不會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)完整性。更為重要的是,良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使該仿生有序結(jié)構(gòu)柔性復(fù)合纖維擁有優(yōu)異的力學(xué)性能,其拉伸強(qiáng)度及楊氏模量分別達(dá)到203.58 MPa和24.56 GPa,優(yōu)于天然密質(zhì)骨及文獻(xiàn)報(bào)道的羥基磷灰石復(fù)合材料。此外,科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入磁性納米顆;驘晒馊玖,還研制出具有磁響應(yīng)性或熒光功能的有序結(jié)構(gòu)柔性復(fù)合纖維。所制備的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)基有序結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維有望作為原料構(gòu)建各種高性能柔性仿生材料,在多個(gè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)-納米》 (Ri-Long Yang, Ying-Jie Zhu*, Fei-Fei Chen, Dong-Dong Qin, Zhi-Chao Xiong*, ACS Nano, 2018, 12, 12284–12295)。
兼具羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)有序陣列結(jié)構(gòu)和“磚塊水泥層狀結(jié)構(gòu)”的高性能仿生柔性復(fù)合纖維。
羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)有序結(jié)構(gòu)仿生柔性復(fù)合纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能。
功能化的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)有序結(jié)構(gòu)仿生柔性復(fù)合纖維及其構(gòu)建的織物、各種顏色、特定形狀和文字。
此外,受天然牙釉質(zhì)的啟發(fā),研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了自下而上多尺度自組裝策略,研制出一種新型樹(shù)脂增強(qiáng)的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)基仿牙釉質(zhì)高度有序結(jié)構(gòu)材料。該方法可以實(shí)現(xiàn)多尺度(從納米到微米到宏觀尺度)自組裝,制備具有優(yōu)異力學(xué)性能的大尺寸(厘米級(jí))和任意形狀的高度有序結(jié)構(gòu)仿生材料,在骨缺損修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《化學(xué)工程期刊》上 (Han-Ping Yu, Ying-Jie Zhu*, Bing-Qiang Lu*, Chemical Engineering Journal, 2019, 360, 1633–1645)。
自下而上多尺度自組裝方法制備大尺寸(大于6 厘米)樹(shù)脂增強(qiáng)的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)基仿牙釉質(zhì)高度有序結(jié)構(gòu)材料。
相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委等資助。
- 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)楊晗課題組誠(chéng)聘博士后、副研究員 - 化學(xué)、高分子、功能材料、納米材料等 2024-10-15
- 國(guó)科大楊晗課題組誠(chéng)聘博士后、副研究員 - 化學(xué)、高分子、功能材料、納米材料等 2024-09-24
- 東華大學(xué)武培怡教授團(tuán)隊(duì) AFM:液滴塑造的分層結(jié)構(gòu)化仿生纖維 2023-11-23
- 天津大學(xué)宋東坡教授課題組 Angew:超分子瓶刷自組裝構(gòu)筑納米到微米跨尺度光學(xué)結(jié)構(gòu) 2025-05-15
- 東北林業(yè)大學(xué)劉守新教授團(tuán)隊(duì) Small:乙醇介導(dǎo)的膠束自組裝實(shí)現(xiàn)具有單晶形態(tài)和可調(diào)孔結(jié)構(gòu)的有序介孔炭 2025-05-02
- 復(fù)旦大學(xué)王國(guó)偉團(tuán)隊(duì) Macromolecules:突破自組裝技術(shù)新邊界 - 高固含量下嵌段共聚物的熱誘導(dǎo)自組裝與熱誘導(dǎo)協(xié)同自組裝 2025-04-27
- 北航程群峰教授團(tuán)隊(duì) Sci. Adv.:創(chuàng)制了MXene復(fù)合纖維人工肌肉 2025-01-09
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

- 新政·AI智控·增效三重賦能...
- 2025重慶橡塑展亮點(diǎn)劇透,行...
- 國(guó)產(chǎn)替代加速,跨國(guó)巨頭云集...
- 2025涂料原料選料大會(huì)
- 市場(chǎng)破300億!PMEC China 色...
- 搶先注冊(cè)!2025年西部橡塑展...
- “碼”上參觀預(yù)登記,好禮拿...
- 聚合物發(fā)泡行業(yè)技術(shù)培訓(xùn)(第...
- 《塑料改性及加工技術(shù)要領(lǐng)》...
- 中國(guó)生命科學(xué)“36%增速”密...
- 關(guān)于舉辦第六屆中國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)...