利用塌陷双壁碳纳米管仿生构筑高强高韧一体化层状复合材料

自然界经过45亿年的进化，软体动物的外壳表现出优异的力学性能，如贝壳、鲍鱼壳等。研究发现他们优异的力学强度和断裂韧性来源于有机-无机微纳米多级层状复合结构。受这种有机-无机微纳米多级层状复合结构的启发，本项目以塌陷双壁碳纳米管和环氧高分子为基体材料，提高塌陷双壁碳纳米管的有序规整度，控制塌陷双壁碳纳米管在复合材料中的体积含量达到95%，仿生构筑具有微纳米多级结构集高强高韧性能为一体的层状复合材料。对塌陷双壁碳纳米管进行可控化学修饰，提高其界面浸润性，使其能够与环氧树脂完全浸润并实现化学交联，增加塌陷双壁碳纳米管与环氧树脂的界面强度，实现仿贝壳层状复合材料的力学拉伸强度达到天然贝壳的10倍以上,同时断裂韧性达到天然贝壳的5倍以上。

受贝壳有机-无机微纳米多级层状复合结构的启发，本项目系统研究了仿生高分子纳米复合材料的基元材料选择和界面构筑等相关科学问题，揭示了仿生基元材料的力学性能与复合材料力学性能的对应关系；建立了构筑仿生高分子纳米复合材料的新方法；通过构筑界面相互作用（氢键、共价键），实现了对仿生高分子纳米复合材料强度和韧性的调控。以塌陷碳纳米管、石墨烯、纳米粘土等作为基元材料，仿生构筑了一系列高性能高分子纳米复合材料，项目执行期间，以第一作者或通讯作者发表SCI论文11篇，其中上影响因子>10论文9篇，包括3篇Angew Chem Int Ed（2篇封面论文），1篇Adv Mater.（封面论文），3篇ACS Nano，1篇Acc Chem Res.，1篇Chem Soc Rev.（封面论文），申请中国发明专利7项，其中授权5项，完成了预期目标。