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北京化工大學胡君教授團隊 Small:高機械魯棒性的本征熒光彈性體用以制備拉脹復合材料
2024-05-06  來源:高分子科技

  力學性能優異的熒光彈性體在智能顯示器、柔性傳感器和超材料等領域具有廣闊的應用前景。然而熒光彈性體主要是通過摻雜熒光分或將發色團偶聯到聚合物網絡中來制備,這通常會對機械性能產生不利影響,也使大規模生產變得困難。針對這一問題,北京化工大學胡君教授課題組受天然生物體中富含雜原子的微相分離結構的啟發,通過硬域動態增強策略將大量;被鍐卧氲杰浂沃g,形成密集氫鍵聚集的微相分離結構,制備了一種高機械魯棒性的本征熒光聚氨酯彈性體(圖1);谄淞己玫臋C械性能、本征熒光和氫鍵促進的界面結合能力,經圖案化切割得到的彈性體拉脹骨架不僅可以有效地承受載荷,還可以與填充基體形成穩定的界面結合,制備出一體化熒光拉脹復合材料。


1本征熒光彈性體的化學結構和微觀結構示意圖


  制備的彈性體表現出優異的力學性能,其斷裂強度~87.2 MPa斷裂伸長率~1797%斷裂韌性~678.4 MJ m?3。斷裂時的真實應力甚至高達1.65 GPa,與天然蜘蛛絲相當(圖2在拉伸形變過程中,氫鍵域的重新定向、變形和解離以及聚合物鏈的滑移等協同耗散能量,賦予彈性體斷裂強度和韌性。此外,得益于硬相中密集氫鍵誘導的富電子團簇的空間共軛,彈性體展現出本征青色熒光。氫鍵的動態解離和重組對富電子團簇聚集的減弱和促進作用使熒光強度具有可逆變化特性,可以實時監測彈性體的微相分離情況。 


2本征熒光彈性體的力學性能熒光性能


  基于其良好的機械性能、本征熒光和氫鍵促進的界面結合能力,該熒光彈性體可以作為拉脹骨架用于制備一體化熒光拉脹復合材料(圖3;|預聚液的滲透作用以及骨架和基質之間的氫鍵作用使得拉脹復合材料沒有尖銳的軟硬界面,是連續一體化的固體材料。與單獨的拉脹骨架相比,拉脹復合材料能夠在大形變范圍內具有負泊松比效應,保持拉脹特性,并且基質的引入能有效傳遞拉脹骨架上的應力,避免應力集中,促進能量耗散。本征熒光還使得復合材料的拉脹形變在紫外光下可視化。本研究為開發具有高力學性能的熒光彈性體以及一體化拉脹超材料提供了一種途徑 


3一體化熒光拉脹復合材料力學性能拉脹性能


  該工作于20244月以“Mechanically Ultra-Robust Fluorescent Elastomer for Elaborating Auxetic Composite”為題發表于Small。第一作者為北京化工大學軟物質高精尖中心博士生李佳偉,通訊作者為北京化工大學胡君教授。本研究工作得到北京市自然科學基金的支持,感謝所有合作者對本研究工作的貢獻。


  文章信息:J. Li, Z. Zheng, Y. Ma, Z. Dong, M.-H. Li, and J. Hu*. Mechanically Ultra-Robust Fluorescent Elastomer for Elaborating Auxetic Composite. Small 2024, 2402130.

  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/smll.202402130

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