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南京理工大學(xué)傅佳駿教授/徐建華副教授團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.：多功能微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)既柔又韌的自修復(fù)材料
2024-11-12  來(lái)源：高分子科技

  柔性軟聚合物材料對(duì)可穿戴設(shè)備和軟機(jī)器人等工程應(yīng)用至關(guān)重要，在這些應(yīng)用場(chǎng)景下，理想的軟材料需要具備自修復(fù)能力和高斷裂韌性以防止裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致故障。迄今為止，聚合物材料的高柔性、高斷裂韌性和高自修復(fù)效率仍難以兼得，成為高分子材料領(lǐng)域巨大的挑戰(zhàn)之一。


  近期，南京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院傅佳駿教授/徐建華副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新且多功能的策略，通過(guò)反相乳液模板法設(shè)計(jì)封閉的微孔結(jié)構(gòu)，有效解決了柔性自修復(fù)和高斷裂韌性之間的固有矛盾。與傳統(tǒng)增韌策略相比，這種方法不僅在斷裂韌性和斷裂內(nèi)聚長(zhǎng)度方面實(shí)現(xiàn)了顯著提升，而且還在保持自修復(fù)動(dòng)力學(xué)的同時(shí)顯著提高了材料的機(jī)械柔性。該工作提出了一種全新的能量耗散機(jī)制，通過(guò)裂紋的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)抵抗固有裂紋的橫向擴(kuò)展，誘導(dǎo)裂紋縱向偏轉(zhuǎn)，從而將能量耗散范圍擴(kuò)展到材料的整個(gè)區(qū)域。這種策略不僅避免了額外填料或相結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)材料柔性和自修復(fù)性能的損害，而且使用的表面活性劑小分子在一定程度上起到了增塑劑的作用，促進(jìn)了分子鏈的運(yùn)動(dòng)，提高了材料自修復(fù)速率，縮短了修復(fù)時(shí)間。這一突破性進(jìn)展為柔性自修復(fù)材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了新的方向。


圖1. 柔性多孔自修復(fù)聚脲彈性體的制備與結(jié)構(gòu)表征


圖2. 柔性多孔自修復(fù)聚脲彈性體的柔性增韌性能


圖3. 增韌機(jī)理研究


圖4. 自修復(fù)性能研究


圖5. 基于kirigami結(jié)構(gòu)的生物電應(yīng)用場(chǎng)景驗(yàn)證


  南京理工大學(xué)傅佳駿/徐建華團(tuán)隊(duì)近年來(lái)致力于通過(guò)“多尺度動(dòng)態(tài)分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”來(lái)創(chuàng)制高性能自修復(fù)材料：基于超分子組裝技術(shù)制備了仿生人體肌腱組織的抗疲勞柔韌自修復(fù)材料（Adv. Mater., 2023, 35, 2300937）；通過(guò)仿生平滑肌組織誘導(dǎo)裂紋偏轉(zhuǎn)的策略制備了柔軟而強(qiáng)韌的復(fù)合材料（Nat. Commun., 2023, 14, 130）；通過(guò)分子工程誘導(dǎo)的雙連續(xù)納米結(jié)構(gòu)顯著提升柔性自修復(fù)材料的抗疲勞、彈性和熱穩(wěn)定性（Mater. Horiz., 2023,10, 2968）；基于非對(duì)稱疏松氫鍵密堆積誘導(dǎo)超分子氫鍵次級(jí)松弛運(yùn)動(dòng)的思想創(chuàng)制了高硬度室溫自修復(fù)玻璃態(tài)聚氨酯（Angew. Chem. Int. Ed., 2021,60, 7947）；提出模仿蜻蜓翅膀微結(jié)構(gòu)的策略極大提升高硬度自修復(fù)塑料的斷裂韌性并改善斷裂行為（Matter 2021, 4, 2474）；提出非特異性超分子基元錯(cuò)配激活硬相氫鍵的策略創(chuàng)制室溫超快自修復(fù)柔韌材料（Mater. Horiz. 2021, 8, 3356）。


  論文信息：

  A Versatile Microporous Design toward Toughened yet Softened Self-Healing Materials

  FuYao Sun, JingYi Zhang, Tong Liu, Hai Yao, Lin Wang, HengYu Meng, YunLong Gao, YanFeng Cao, BoWen Yao, JianHua Xu, JiaJun Fu

  第一作者：孫扶瑤、張敬怡
  通訊作者：徐建華、傅佳駿

  通訊單位：南京理工大學(xué)

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202410650

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