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  自然生物體的自修復(fù)能力讓人驚嘆，經(jīng)過(guò)幾億年的演變，不僅在形式上接近完美，而且在能源和物質(zhì)利用率方面也是極其高效。目前自修復(fù)材料的修復(fù)能力還難以與自然界相媲美，而其復(fù)雜的制備手段也進(jìn)一步阻礙了自修復(fù)材料的實(shí)際應(yīng)用。吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院的楊明教授帶領(lǐng)研究人員，利用仿生設(shè)計(jì)，在提高自修復(fù)涂層的機(jī)械性能和制備效率方面取得了一系列的進(jìn)展。

  受植物自修復(fù)過(guò)程中“自封閉”機(jī)制的啟發(fā)，在前期工作中，將具有“密封”作用的二維氮化硼納米片引入到聚乙烯醇/單寧酸（PVA/TA）體系中，利用層層自組裝技術(shù)（LBL）制備出高強(qiáng)度且自修復(fù)的智能涂層�；跀U(kuò)散模型，對(duì)二維結(jié)構(gòu)在自修復(fù)過(guò)程中的重要作用進(jìn)行了深入的研究。

圖1. 氮化硼納米片的密封作用與聚合物擴(kuò)散模型

  在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步增強(qiáng)自修復(fù)涂層的機(jī)械性能，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)模擬人體表皮的上下分層結(jié)構(gòu)，將含有大量氧化石墨烯(GO)納米片的線性層層自組裝(l-LBL)薄膜沉積到指數(shù)層層自組裝(e-LBL)薄膜上。這種新穎的仿生涂層不僅具有協(xié)同自修復(fù)能力，機(jī)械強(qiáng)度也得到了大幅度的提高，硬度甚至可以與牙釉質(zhì)相媲美，受到了廣泛的關(guān)注。

圖2. 仿表皮涂層的協(xié)同自修復(fù)機(jī)制

  最近，該團(tuán)隊(duì)利用廉價(jià)的蒙脫土粘土片（MTM）作為雜化涂層上層的二維增強(qiáng)相，通過(guò)簡(jiǎn)單﹑快速﹑高效的刮膜技術(shù)成功地復(fù)制出了多級(jí)分層結(jié)構(gòu)。這種可以規(guī)模化的雜化涂層不僅具有良好的自修復(fù)功能，而且其機(jī)械性能與反復(fù)自修復(fù)次數(shù)還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)MTM的含量來(lái)優(yōu)化。更為重要的是，利用這種新方法，表皮狀智能涂層可以輕松的涂覆到玻璃片﹑塑料板與纖維板等基底上，顯示出了優(yōu)異的抗菌、黏附和阻燃性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖3. 大規(guī)模制備表皮狀智能涂層

  從自然界汲取靈感，為獲得高性能、多功能的人造材料提供了重要的途徑。而這種將二維材料與天然結(jié)構(gòu)相結(jié)合的手段，也許可以作為一種普適的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)用到其他的智能體系中。

  以上相關(guān)成果發(fā)表在ACS Nano（ACS Nano, 2016, 10, 9434-9445），ACS Nano（ACS Nano, 2018, 12, 1062?1073）和Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater., 2019, 1903984）上。論文的通訊作者為楊明教授。

  論文鏈接：

  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b04482

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b05478

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903984