自修復彈性體材料研究取得新進展

自修復聚合物材料作為一種智能材料，可以修復在使用過程中因外力作用而產生的裂紋或局部損傷，從而恢復其原有的功能，延長其使用壽命。該材料在表面鍍層保護、生物醫藥材料、鋰電池以及航空航天等領域具有潛在的應用前景。為了滿足不同的應用，研究人員將「犧牲鍵」引入到聚合物材料中，開發了自修復塑料、凝膠或彈性體。對於自修復彈性體材料來說，兼顧良好的機械性能、高效的自修復效率及優異的光學性能是一個挑戰性難題。

在國家自然科學基金委的支持下，中國科學院化學研究所工程塑料重點實驗室研究員董俠等致力於智能材料的開發與應用，取得了系列進展（J. Polym. Sci. Part A: Poly. Chem.2015, 53, 2094-2103;Polymer2016, 84, 1-9;Mater. Chem. Front.2017, 1, 111-118;ACS Appl. Mater. Inter.2017, 9, 30046-30055;Macromolecules2018, 51, 1100-1109）。在此基礎上，從分子設計角度出發，提出了一種新型自修復設計策略「Phase Locked Dynamic Chemical Bonds（相鎖定動態化學鍵）」，成功製備出無色透明、可快速自修復的高韌高強聚合物。

研究工作通過「硬段鎖定」和「微相分離控制」相結合的策略展開，設計的含二硫鍵自愈聚氨酯彈性體（PUDS）呈現出無色透明的優異光學性質，最大拉伸強度可達25 MPa，斷裂伸長率超過1600%，在溫和加熱條件下（70oC），彈性體表面劃痕可在60s內迅速恢復，同時表現出良好的重複刮擦自修復功能，經多次刮擦自修復後材料的霧度值僅為0.6%。這種無色高透明的自修復特徵，使得該材料在光學領域具有重要的應用前景。相關成果發表於《先進材料》（Advanced Materials，DOI：10.1002/adma.201802556）。

圖：基於「相鎖定動態化學鍵」設計的無色超高透明高韌高強自修復PUDS材料

來源：中國科學院化學研究所

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