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四川大學吳錦榮教授團隊《Chem. Mater.》：強韌材料在玻璃態下自修復的新進展

2023-01-17 來源：高分子科技

玻璃態聚合物具有高模量和高強度，作為結構材料廣泛應用于車輛、航天器、電子產品和日常用品等領域。目前實際應用的玻璃態聚合物受損后缺乏有效的自修復能力，所帶來的安全隱患和塑料污染一直是工業和社會關注熱點。同時，現有的玻璃態自修復材料大多力學性能較差或玻璃化轉變溫度較低，限制了這一類材料的實際應用。為了克服這些不足，同時實現材料在玻璃態的自修復具有重要的意義。

圖1 THG的設計概念和胺基-羧基鹽橋

近日，四川大學高分子科學與工程學院吳錦榮教授團隊在玻璃態自修復材料領域取得了又一重要研究成果。通過在超支化聚合物和高分子量線型共聚物之間構筑密集動態的胺基-羧酸鹽橋，開發了一類仿疏松結締組織的堅韌且可玻璃態修復的復合物（THG），如圖1。高密度鹽橋使得THG的屈服強度和楊氏模量分別高達49.7 MPa和1.1 GPa，玻璃化轉變溫度（T_g）在50 °C以上。超支化聚合物貢獻的較大自由體積和線型共聚物引入的分子纏結賦予了THG出色的拉伸韌性（高達91.9 MJ/m³），綜合力學性能優于一些商業塑料（圖2）。與此同時，在受到機械損傷后，THG 可以在玻璃化轉變溫度以下表現出優異的自修復能力，并在T_g附近實現韌性的有效恢復（圖3）。進一步對THG的網絡結構和分子動力學研究表明，其次級松弛（超支化聚合物的支鏈、端基，線型分子的側基的運動）和動態物理交聯（胺基-羧酸鹽橋和復合氫鍵）對THG的自修復能力起到了主要貢獻（圖4）。這種策略為設計高強度高韌性玻璃態自修復聚合物提供了一種新方法。該工作以“Biomimetic Hybrid Networks with Excellent Toughness and Self-Healing Ability in Glassy State”為題發表在《Chem. Mater.》上。文章第一作者是四川大學碩士研究生李維航，吳錦榮教授和東京大學博士生王豪為通訊作者，四川大學高分子科學與工程學院為通訊作者單位。研究工作得到了葉邦角教授、張宏俊教授、劉輝博士和彭燕博士的支持。該研究得到了國家自然科學基金委的資助。

圖2 分子結構對綜合力學性能的貢獻

圖3 THG的自修復性能

圖4 THG的網絡結構和分子動力學研究

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.2c03266

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（責任編輯：xu）

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