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  自修復(fù)性是生物組織的一個重要的特征，如皮膚、肌肉和骨骼等。科學(xué)家們一直致力于將這種受到生物啟發(fā)的修復(fù)理念引入到合成材料中。其中，基于離子鍵的超分子作用相比于氫鍵、π-π鍵具有較大的結(jié)合能和較高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在自修復(fù)材料發(fā)展進(jìn)程中占有越來越重要的地位。在聚合物基體(matrix)中離子基團(tuán)可聚集形成多重態(tài)或離子簇的結(jié)構(gòu)，為材料提供了分子間結(jié)合能和動態(tài)性。當(dāng)材料受到破壞時離子簇可在較短松弛時間內(nèi)發(fā)生重組，實(shí)現(xiàn)修復(fù)。聚離子液體是一種新型的聚電解質(zhì)，它的每個重復(fù)單元上均具有離子基團(tuán)，因此在聚離子液體體系中動態(tài)的離子聚集具有潛在的自修復(fù)功能。

  近日，天津大學(xué)李悅生教授課題組利用Grubbs第三代催化劑(G3)采用開環(huán)易位聚合制備了一系列新型的不同反離子的聚離子液體用于自修復(fù)材料(圖1)。

圖1. 不同反離子的聚離子液體的合成

  研究表明，聚離子液體體系中存在著離子聚集，起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，賦予材料自修復(fù)性能。并且，離子聚集程度受到反離子的影響。離子尺寸的減少使得離子聚集變的緊實(shí)，反離子與咪唑鹽陽離子的作用力增強(qiáng)，鏈段的自由體積下降，Tg增加，機(jī)械強(qiáng)度提高。

圖2. X-射線衍射測試聚離子液體中的離子聚集情況。

  為了調(diào)控聚離子液體的機(jī)械性能和自修復(fù)性能，該團(tuán)隊將兩種不同Tg的聚離子液體進(jìn)行共聚，得到了均一的共混體系。改變共混比例和反離子，可以系統(tǒng)的調(diào)節(jié)體系的機(jī)械和修復(fù)性能。

圖3. 聚離子液體共混物的機(jī)械性能。

圖4. 聚離子液體的修復(fù)和修復(fù)示意圖。

  該工作為制備具有良好機(jī)械性能和修復(fù)性能的新型聚離子液體自修復(fù)材料開拓了新的思路。目前，該工作被評為背底封面文章發(fā)表在J. Mater. Chem. A上，題為“Novel imidazolium-based poly(ionic liquid)s with different counterions for self-healing”，第一作者為崔靜博士。

  引用檢索：Journal of Materials Chemistry A, 2017, DOI: 10.1039/C7TA06793C

  論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2017/TA/C7TA06793C