journal article·2017-10-25

Biomimetic, Strong, Tough, and Self-Healing Composites Using Universal Sealant-Loaded, Porous Building Blocks

Sung Hoon Hwang, Joseph B. Miller, Rouzbeh Shahsavari

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Abstract

Many natural materials, such as nacre and dentin, exhibit multifunctional mechanical properties via structural interplay between compliant and stiff constituents arranged in a particular architecture. Herein, we present, for the first time, the bottom-up synthesis and design of strong, tough, and self-healing composite using simple but universal spherical building blocks. Our composite system is composed of calcium silicate porous nanoparticles with unprecedented monodispersity over particle size, particle shape, and pore size, which facilitate effective loading and unloading with organic sealants, resulting in 258% and 307% increases in the indentation hardness and elastic modulus of the compacted composite. Furthermore, heating the damaged composite triggers the controlled release of the nanoconfined sealant into the surrounding area, enabling moderate recovery in strength and toughness. This work paves the path towards fabricating a novel class of biomimetic composites using low-cost spherical building blocks, potentially impacting bone-tissue engineering, insulation, refractory and constructions materials, and ceramic matrix composites.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Calcium Carbonate Crystallization and Inhibition · Bone Tissue Engineering Materials · Building materials and conservation

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

C-Crete Technologies, Stafford, Texas 77477, United States

References (72)

Show source-provided references
1. 10.1371/journal.pbio.100112710.1371/journal.pbio.1001127 ↗
2. 10.1038/ncomms696710.1038/ncomms6967 ↗
3. 10.1038/nmat391510.1038/nmat3915 ↗
4. 10.1002/adma.20150431310.1002/adma.201504313 ↗
5. 10.1021/cm980549l10.1021/cm980549l ↗
6. 10.1002/adma.20090302010.1002/adma.200903020 ↗
7. 10.1016/j.ultsonch.2010.01.01210.1016/j.ultsonch.2010.01.012 ↗
8. 10.1016/j.joen.2011.05.00910.1016/j.joen.2011.05.009 ↗
9. 10.1002/jbm.a.3052510.1002/jbm.a.30525 ↗
10. 10.1039/b819033j10.1039/b819033j ↗
11. 10.1016/j.polymer.2013.10.04810.1016/j.polymer.2013.10.048 ↗
12. Goyal M. · Int. J. Pharm. Sci. Res. · 2017 · 8 · 784
13. 10.1021/am506411h10.1021/am506411h ↗
14. Shahsavari R. · 2011
15. 10.1016/j.jmps.2016.07.02110.1016/j.jmps.2016.07.021 ↗
16. 10.1002/adem.20070021910.1002/adem.200700219 ↗
17. NACE. Highways and Bridges: Corrosion Resources For Highways and Bridges;NACE:Houston, TX, 2017.
18. 10.1016/B978-1-78242-326-3.00005-110.1016/B978-1-78242-326-3.00005-1 ↗
19. 10.1038/s41598-017-05115-410.1038/s41598-017-05115-4 ↗
20. 10.1111/jace.1425510.1111/jace.14255 ↗
21. 10.1016/j.cemconres.2016.09.01210.1016/j.cemconres.2016.09.012 ↗
22. 10.1021/acsami.6b1310710.1021/acsami.6b13107 ↗
23. 10.1111/jace.1494810.1111/jace.14948 ↗
24. 10.1016/j.jconrel.2005.06.00710.1016/j.jconrel.2005.06.007 ↗
25. 10.1039/C6TA09389B10.1039/C6TA09389B ↗
26. 10.1021/jp302240c10.1021/jp302240c ↗
27. 10.1039/c2jm33387b10.1039/c2jm33387b ↗
28. 10.1039/B613077A10.1039/B613077A ↗
29. 10.1007/s10973-005-0846-810.1007/s10973-005-0846-8 ↗
30. 10.1002/app.4309010.1002/app.43090 ↗
31. 10.1038/nmat408910.1038/nmat4089 ↗
32. 10.1002/smll.20160062610.1002/smll.201600626 ↗
33. 10.1038/3505723210.1038/35057232 ↗
34. 10.1002/adma.20050181410.1002/adma.200501814 ↗
35. 10.1016/j.polymer.2007.04.00810.1016/j.polymer.2007.04.008 ↗
36. 10.1021/am403459e10.1021/am403459e ↗
37. 10.1016/0021-9797(68)90272-510.1016/0021-9797(68)90272-5 ↗
38. 10.1016/j.jcis.2009.09.01810.1016/j.jcis.2009.09.018 ↗
39. 10.1557/jmr.2004.19.1.310.1557/jmr.2004.19.1.3 ↗
40. 10.1126/science.122085410.1126/science.1220854 ↗
41. 10.1080/1478643041000168093510.1080/14786430410001680935 ↗
42. 10.1016/j.pmatsci.2007.05.00210.1016/j.pmatsci.2007.05.002 ↗
43. 10.1038/ncomms752310.1038/ncomms7523 ↗
44. 10.1021/cm960138+10.1021/cm960138+ ↗
45. 10.1088/0957-4484/24/15/15560110.1088/0957-4484/24/15/155601 ↗
46. 10.1016/j.jconrel.2010.04.02910.1016/j.jconrel.2010.04.029 ↗
47. 10.1016/j.micromeso.2006.12.04810.1016/j.micromeso.2006.12.048 ↗
48. 10.1016/j.micromeso.2008.12.01910.1016/j.micromeso.2008.12.019 ↗
49. 10.1021/ie950702a10.1021/ie950702a ↗
50. 10.1016/j.colsurfa.2014.04.02510.1016/j.colsurfa.2014.04.025 ↗
51. 10.1016/j.actbio.2013.01.02110.1016/j.actbio.2013.01.021 ↗
52. 10.1016/j.jallcom.2008.06.02910.1016/j.jallcom.2008.06.029 ↗
53. 10.1016/j.cemconres.2014.03.00410.1016/j.cemconres.2014.03.004 ↗
54. 10.1016/j.actbio.2009.01.01210.1016/j.actbio.2009.01.012 ↗
55. 10.1016/S0022-3093(02)01864-110.1016/S0022-3093(02)01864-1 ↗
56. 10.1002/chem.20050098010.1002/chem.200500980 ↗
57. 10.1038/nmat223110.1038/nmat2231 ↗
58. 10.1002/adma.20060106810.1002/adma.200601068 ↗
59. 10.1126/science.121876410.1126/science.1218764 ↗
60. 10.1007/BF0247955710.1007/BF02479557 ↗
61. 10.1016/S0008-8846(03)00230-810.1016/S0008-8846(03)00230-8 ↗
62. 10.1016/j.cemconres.2008.09.00210.1016/j.cemconres.2008.09.002 ↗
63. 10.1016/j.jmps.2006.06.00310.1016/j.jmps.2006.06.003 ↗
64. 10.1016/j.conbuildmat.2014.08.01710.1016/j.conbuildmat.2014.08.017 ↗
65. 10.1016/j.cemconres.2013.05.00610.1016/j.cemconres.2013.05.006 ↗
66. 10.1016/j.matchar.2007.05.01810.1016/j.matchar.2007.05.018 ↗
67. 10.1038/2160710.1038/21607 ↗
68. 10.1021/acsami.5b0396710.1021/acsami.5b03967 ↗
69. 10.1021/acs.langmuir.6b0299710.1021/acs.langmuir.6b02997 ↗
70. 10.1016/j.carbon.2015.12.05010.1016/j.carbon.2015.12.050 ↗
71. 10.1016/j.carbon.2015.08.10610.1016/j.carbon.2015.08.106 ↗
72. 10.1021/acsami.6b0175610.1021/acsami.6b01756 ↗