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  自修復彈性體在受損后能夠全部或部分修復其性能，在航空航天、交通運輸、可穿戴電子器件和傳感器等領域具有廣闊的應用前景。為了實現自修復性能，需要在彈性體中構筑氫鍵、配位鍵、離子鍵和π-π作用等動態鍵，這些動態鍵雖然可以賦予彈性體較高的自修復效率，但是其鍵能較低，使得彈性體的力學性能較差（拉伸強度往往低于4MPa，斷裂韌性往往低于1kJ/m2）。

  學習高強度水凝膠設計的思想，可以在自修復網絡中引入共價鍵網絡，提高彈性體的力學性能，但是動態網絡的極性通常較大，而共價鍵網絡的極性通常較小，二者在沒有共溶劑的條件下會發生相分離。

  為了克服這個問題，四川大學吳錦榮副教授與哈佛大學蔡歷恒博士和David A. Weitz教授合作，設計并制備出一種分子鏈上帶酰胺鍵，端基為氨基或羧酸基的超支化分子，將該超支化分子的端氨基和端羧酸反應交聯，獲得一種彈性體。

圖1. 高性能自修復彈性體的分子設計。a, 合成過程。b, 超支化分子的示意圖。c, 雜化網絡的示意圖。d, DSC熱流曲線。

  該彈性體中酰胺鍵形成氫鍵網絡，支化點形成共價鍵網絡。氫鍵網絡在應力作用下優先斷鍵，耗散能量，并且賦予彈性體較高的自修復性能，而共價鍵網絡則賦予材料較高的力學性能。此外，該彈性體在拉伸作用下出現特殊的“宏觀銀紋”。與塑料中觀察到的銀紋不同，“宏觀銀紋”的尺度為1μm—1000μm，斷裂面之間由多層薄片連接，而且“宏觀銀紋”遍及整個樣條。“宏觀銀紋”的產生進一步耗散能量，使得材料的斷裂韌性達13.5 kJ/m2，拉伸強度達19.5MPa，與天然橡膠相當。優異的性能使得該自修復彈性體可望在高性能阻尼材料和結構材料等領域得到應用。

圖2. 力學性能和拉伸過程中的形貌演變. a, 拉伸過程中樣品的光學照片。b, 拉伸應力應變曲線。c, 拉伸過程中在線SEM觀測“宏觀銀紋”。

  以上工作近期發表在《Advance Materials》上(Adv. Mater. 2017, 1702616)，該工作得到國家自然科學基金委、高分子材料工程國家重點實驗室、美國自然科學基金委和美國國立衛生研究院的支持。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702616/full