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西安交大張彥峰教授團隊 AFM：基于雙重動態共價鍵的自修復紅外透過材料

2024-02-15 來源：高分子科技

紅外透過材料由于長期暴露于惡劣的外部環境，很容易受到機械和腐蝕損壞。然而，傳統紅外透過材料不具備自修復能力，因此限制了其使用壽命。共價適應性網絡可逆去交聯和交換反應表現出自修復、再加工和回收利用的能力。然而，傳統共價適應性網絡中，由具有高鍵能的強動態共價鍵，如酯鍵、脲鍵和氨酯鍵等組成的材料，難以在溫和條件下進行自修復。而具有低鍵能的弱動態共價鍵如二硫鍵組成的材料通常在熱驅動自修復時會發生快速蠕變，這將改變紅外透過材料器件的精確尺寸，并因此不可避免地影響紅外成像的質量。因此，平衡共價適應性網絡的動態性能和抗蠕變性能仍然是一個挑戰。

近期，西安交通大學張彥峰教授團隊在期刊《Advanced Functional Materials》上發表了題為“Covalent Adaptable Networks with Dual Dynamic Covalent Bonds for Self-Repairing Infrared Transmitting Materials”的文章（DOI: 10.1002/adfm.202315469）。該課題組開發了一種硫辛酸基環氧樹脂（TAE）。TAE包含具有不同鍵能的二硫鍵和酯鍵兩種動態共價鍵。與加熱后發生快速蠕變的傳統共價適應性網絡相比，得益于穩定的酯鍵交聯點提供網絡完整性，TAE能夠在溫和條件下快速實現自修復并保持其幾何穩定性。此外，TAE還展現出高近紅外透射率，因此具有在聚合物紅外透過材料方面的巨大應用潛力。

圖1. 具有雙動態共價鍵的共價適應性網絡在不同溫度下的動態行為

對比純環氧樹脂和低交聯的對照組，TAE在較低溫度(80 ^oC)下展現出快速的劃痕自修復，且修復過程中結構的曲率不發生改變。通過應力松弛和蠕變-恢復實驗對比結果發現，TAE具有介于兩者之間的動態特性，由此協調了共價適應性網絡的修復性能和抗蠕變性能之間矛盾。

圖2. TAE和對照組的自修復、幾何穩定性和流變性能

得益于其高紅外透過性、自修復性能以及化學穩定性，用TAE制備的紅外窗口在表面受到磨損后，通過簡單的熱處理，即可實現表面修復并恢復其成像效果。

圖3. TAE的近紅外透過性及其作為自修復紅外防護窗的應用

由于TAE網絡中雙重動態共價鍵的存在，可通過熱壓的簡單工藝實現TAE的大尺度自愈合以及粉末到塊體材料的多次重塑，自愈合以及重塑后的TAE材料具有可與初代媲美的機械性能，有利于材料的可持續利用。

圖4. TAE的自愈合以及重塑性能

西安交通大學化學學院助理教授崔晨暉與西安交通大學口腔醫院王方博士為該論文的共同第一作者，西安交通大學化學學院張彥峰教授為通訊作者。該工作得到國家重點研發計劃(2019YFA0706801)、國家自然科學基金(NSFC 52173079)、中央高校基本科研業務費項目(xtr052023001, xzy012023037)、陜西省自然科學基礎研究計劃陜煤聯合基金項目(2021JLM-40)等項目的資助。同時感謝西安交通大學分析測試共享中心在結構表征方面的幫助，感謝西安交通大學電信學部廖慧敏在測試方面的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315469

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（責任編輯：xu）

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