吉林大学杨明教授团队：高强度自修复仿生皮肤

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自然生物体的自修复能力让人惊叹，经过几亿年的演变，不仅在形式上接近完美，而且在能源和物质利用率方面也是极其高效。目前自修复材料的修复能力还难以与自然界相媲美，而其复杂的制备手段也进一步阻碍了自修复材料的实际应用。吉林大学化学学院的杨明教授带领研究人员，利用仿生设计，在提高自修复涂层的机械性能和制备效率方面取得了一系列的进展。

受植物自修复过程中“自封闭”机制的启发，在前期工作中，将具有“密封”作用的二维氮化硼纳米片引入到聚乙烯醇/单宁酸（PVA/TA）体系中，利用层层自组装技术（LBL）制备出高强度且自修复的智能涂层。基于扩散模型，对二维结构在自修复过程中的重要作用进行了深入的研究。

图1. 氮化硼纳米片的密封作用与聚合物扩散模型

在此基础上，为了进一步增强自修复涂层的机械性能，该团队通过模拟人体表皮的上下分层结构，将含有大量氧化石墨烯(GO)纳米片的线性层层自组装(l-LBL)薄膜沉积到指数层层自组装(e-LBL)薄膜上。这种新颖的仿生涂层不仅具有协同自修复能力，机械强度也得到了大幅度的提高，硬度甚至可以与牙釉质相媲美，受到了广泛的关注。

图2. 仿表皮涂层的协同自修复机制

最近，该团队利用廉价的蒙脱土粘土片（MTM）作为杂化涂层上层的二维增强相，通过简单﹑快速﹑高效的刮膜技术成功地复制出了多级分层结构。这种可以规模化的杂化涂层不仅具有良好的自修复功能，而且其机械性能与反复自修复次数还能够通过调节MTM的含量来优化。更为重要的是，利用这种新方法，表皮状智能涂层可以轻松的涂覆到玻璃片﹑塑料板与纤维板等基底上，显示出了优异的抗菌、黏附和阻燃性能，具有广泛的应用前景。

图3. 大规模制备表皮状智能涂层

从自然界汲取灵感，为获得高性能、多功能的人造材料提供了重要的途径。而这种将二维材料与天然结构相结合的手段，也许可以作为一种普适的设计理念，应用到其他的智能体系中。

以上相关成果发表在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。论文的通讯作者为杨明教授。

论文链接：

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

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