南京理工大學傅佳駿教授/徐建華副教授團隊 Adv. Mater.：多功能微孔結構設計實現既柔又韌的自修復材料

2024-11-12 來源：高分子科技

柔性軟聚合物材料對可穿戴設備和軟機器人等工程應用至關重要，在這些應用場景下，理想的軟材料需要具備自修復能力和高斷裂韌性以防止裂紋擴展導致故障。迄今為止，聚合物材料的高柔性、高斷裂韌性和高自修復效率仍難以兼得，成為高分子材料領域巨大的挑戰之一。

近期，南京理工大學化學與化工學院傅佳駿教授/徐建華副教授團隊提出了一種創新且多功能的策略，通過反相乳液模板法設計封閉的微孔結構，有效解決了柔性自修復和高斷裂韌性之間的固有矛盾。與傳統增韌策略相比，這種方法不僅在斷裂韌性和斷裂內聚長度方面實現了顯著提升，而且還在保持自修復動力學的同時顯著提高了材料的機械柔性。該工作提出了一種全新的能量耗散機制，通過裂紋的自適應運動抵抗固有裂紋的橫向擴展，誘導裂紋縱向偏轉，從而將能量耗散范圍擴展到材料的整個區域。這種策略不僅避免了額外填料或相結構調整對材料柔性和自修復性能的損害，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，促進了分子鏈的運動，提高了材料自修復速率，縮短了修復時間。這一突破性進展為柔性自修復材料的設計和應用提供了新的方向。

圖1. 柔性多孔自修復聚脲彈性體的制備與結構表征

圖2. 柔性多孔自修復聚脲彈性體的柔性增韌性能

圖3. 增韌機理研究

圖4. 自修復性能研究

圖5. 基于kirigami結構的生物電應用場景驗證

南京理工大學傅佳駿/徐建華團隊近年來致力于通過“多尺度動態分級結構設計”來創制高性能自修復材料：基于超分子組裝技術制備了仿生人體肌腱組織的抗疲勞柔韌自修復材料（Adv. Mater., 2023, 35, 2300937）；通過仿生平滑肌組織誘導裂紋偏轉的策略制備了柔軟而強韌的復合材料（Nat. Commun., 2023, 14, 130）；通過分子工程誘導的雙連續納米結構顯著提升柔性自修復材料的抗疲勞、彈性和熱穩定性（Mater. Horiz., 2023,10, 2968）；基于非對稱疏松氫鍵密堆積誘導超分子氫鍵次級松弛運動的思想創制了高硬度室溫自修復玻璃態聚氨酯（Angew. Chem. Int. Ed., 2021,60, 7947）；提出模仿蜻蜓翅膀微結構的策略極大提升高硬度自修復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配激活硬相氫鍵的策略創制室溫超快自修復柔韌材料（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

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

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（責任編輯：xu）

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