具有優(yōu)異機(jī)械性能和自修復(fù)性能的高分子彈性體在電子皮膚、柔性電極和傳感器等光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。聚硅氧烷彈性體的自修復(fù)性和強(qiáng)度一直是一個(gè)矛盾體,往往自修復(fù)性能好的聚硅氧烷彈性體的強(qiáng)度較低,而強(qiáng)度高的彈性體的自修復(fù)性能較差,制備高強(qiáng)度、高效自修復(fù)性能的聚硅氧烷彈性體仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
青島科技大學(xué)李志波教授團(tuán)隊(duì)一致致力于高性能聚硅氧烷彈性體的研究工作(J. Mater. Chem. A 2020, 8, 5943-5951; Macromolecules 2022, 55, 2844-2853; Eur. Polym. J. 2022, 173, 111280; Polym. Chem. 2019, 10, 2126; Adv. Funct. Mater. 2021, 2101143; 高分子學(xué)報(bào), 2018, 12, 1482-1492)。最近,王文嬪/李志波教授團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)度自修復(fù)聚硅氧烷彈性體的制備方面取得新進(jìn)展。為了平衡聚硅氧烷彈性體的機(jī)械強(qiáng)度和自修復(fù)性能之間的矛盾,他們報(bào)道了一種新的策略,通過(guò)構(gòu)建包含競(jìng)爭(zhēng)金屬配位和氫鍵相互作用的雙物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建聚硅氧烷彈性體,以實(shí)現(xiàn)彈性體的優(yōu)異韌性和體溫自修復(fù)性能。首先將含脲基的聚硅氧烷(PDMS-U)和含羧基的聚硅氧烷(PDMS-C)混合均勻,之后通過(guò)添加不同的金屬離子(Mn+)如Zn2+、Cu2+和Fe3+將競(jìng)爭(zhēng)金屬配位作用和可變氫鍵引入到聚硅氧烷網(wǎng)絡(luò)中,從而得到具有競(jìng)爭(zhēng)金屬配位作用和氫鍵作用的雙物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聚硅氧烷彈性體PDMS-U/PDMS-C/Mn+。
作者通過(guò)與不同的金屬離子進(jìn)行配位,發(fā)現(xiàn)相較于三價(jià)Fe3+,與二價(jià)金屬離子Cu2+或Zn2+配位后得到的彈性體的性能更好。而Cu2+配位的聚硅氧烷彈性體的強(qiáng)度較高(4.4MPa),斷裂伸長(zhǎng)率較低(588%)。相反,Zn2+配位的聚硅氧烷彈性體的斷裂伸長(zhǎng)率較高(776%),強(qiáng)度略低(4.0MPa)。
圖4. (a)導(dǎo)電回路中自愈電極愈合前后的照片,(b)采用PDMS-U/PDMS-C0.3/Zn2+薄膜作為柔性電極的支撐材料,用于監(jiān)測(cè)手指運(yùn)動(dòng)和肘部運(yùn)動(dòng)
論文鏈接:Tough and body-temperature self-healing polysiloxane elastomers through building a double physical crosslinking network via competing non-covalent interactions
https://doi.org/10.1039/D2TA06593B
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