有序的纳米塑料-弹性体网络解决了柔软性与稳定性之间的矛盾

《Nature Communications》：Ordered nanoplastic-elastomer networks resolve conflict between softness and stability

　　

摘要

软材料常常因“突然失稳”而失效，即载荷的微小增加会导致材料发生突然的、灾难性的变形。然而，要克服这种失稳现象，需要一种具有两种看似矛盾特性的聚合物网络：在低应变下保持柔软性以允许材料变形，而在高应变时迅速硬化以防止失稳。在这里，我们通过设计一种有序的纳米塑性-弹性体网络结构来解决这一矛盾。我们提出了两个设计原则：在柔软的弹性体基体中，少量刚性塑料纳米域以有序的方式排列；这些纳米域与基体通过共价键紧密结合。这些特性共同产生了关键效果：宏观尺度上的应变在微观尺度上被大幅放大，从而实现了更早的硬化，同时仍保持了低应变下的柔软性。从理论和实验结果来看，这种网络结构能够有效防止介电弹性体执行器出现常见的过早失效现象，并显著提升其驱动性能。这些研究结果为设计能够抵抗灾难性失稳引起的失效的软材料提供了一条通用途径。