形形色色的動(dòng)態(tài)化學(xué)鍵可以用來實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)行為，但是隨著自修復(fù)材料的快速發(fā)展，其自身的矛盾也越來越突出。由于對(duì)于高流動(dòng)性的要求，自修復(fù)材料的機(jī)械強(qiáng)度通常比普通材料低很多。面對(duì)這一難題，人們主要通過簡單的添加無機(jī)增強(qiáng)填料或繁瑣的調(diào)控分子之間的作用力來增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度，然而為了保持動(dòng)態(tài)性能，這些手段對(duì)于自修復(fù)材料機(jī)械性能的增強(qiáng)效果十分有限。

在自然進(jìn)化的進(jìn)程中，多層結(jié)構(gòu)具有很重要的作用。例如，表皮的上下分層多級(jí)雜化結(jié)構(gòu)，在日常的生活當(dāng)中起著防御外力與細(xì)菌入侵的作用。當(dāng)表皮受到破損時(shí)，其中的上下分層會(huì)產(chǎn)生積極的協(xié)同效果，促使表皮達(dá)到完好如初的狀態(tài)。受這種結(jié)構(gòu)與功能的啟發(fā)，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊明教授帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)，在前期的工作中利用層層自組裝（LBL）技術(shù)制備出了與表皮結(jié)構(gòu)高度相類似的，具有協(xié)同修復(fù)效果的高剛度﹑高硬度自修復(fù)涂層（ACS Nano, 2018, 12, 1062?1073）。但是，與生物體表皮結(jié)構(gòu)的完美形成與功能高效性相比，該工作的LBL技術(shù)還存在很多的局限性，如規(guī)模難以放大，成本太高。為了促進(jìn)這一仿生手段的進(jìn)一步發(fā)展，迫切需要一種更好的技術(shù)來平衡自修復(fù)材料的生產(chǎn)效率與自愈合性能。

為了實(shí)現(xiàn)這一有意義的需求，該研究組設(shè)計(jì)了一種共溶劑體系，成功的使用刮膜技術(shù)（Doctor Blade Coating）獲得了與表皮結(jié)構(gòu)相類似的多級(jí)分層結(jié)構(gòu)。該涂層的上層使用廉價(jià)﹑易分散的蒙脫土粘土片（MTM）作為增強(qiáng)相，不僅可以提高涂層的機(jī)械性能，還可以防止下層高分子在修復(fù)過程中的外溢。利用這種簡單、快速、高效的刮膜技術(shù)獲得的雜化涂層，保持了和LBL涂層類似的高剛度（34.3±1.4 GPa）和高硬度（1.65±0.09 GPa），其雙層薄膜的厚度與MTM的含量可以方便的調(diào)節(jié)，從而進(jìn)一步優(yōu)化協(xié)同自修復(fù)性能。由于這種刮膜技術(shù)的使用，該涂層可以廣泛的應(yīng)用到不同的基底上，例如可以作為具有阻燃性能的保護(hù)膜涂覆在纖維板上。另外，由于單寧酸的存在，該涂層還具有抗菌和高黏附等特點(diǎn)。這種將仿生理念運(yùn)用到大規(guī)模制備的嘗試為實(shí)現(xiàn)新型智能材料的應(yīng)用提供了重要的思路。

表皮狀智能涂層的大規(guī)模制備

這一成果近期發(fā)表在Advanced Functional Materials 上，通訊作者為楊明教授。這篇文章發(fā)表以后，被Wiley的科學(xué)新聞網(wǎng)站（Advanced Science News）作為研究亮點(diǎn)予以報(bào)道。

原文（掃描或長按二維碼，識(shí)別后直達(dá)原文頁面）：

Scalable Synthesis of Multifunctional Epidermis-like Smart Coatings

Xiaodong Qi, Ying Hou, Ming Yang*

Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1903984, DOI: 10.1002/adfm.201903984

Wiley報(bào)道網(wǎng)頁：

https://www.advancedsciencenews.com/creating-a-scalable-strategy-for-self-healing-skins/