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江南大學張丹/司鵬翔 Macromolecules: 室溫自修復的玻璃態(tài)半結晶聚合物

2024-12-07 來源：高分子科技

玻璃態(tài)半結晶聚合物（硬質塑料、樹脂等）具有高強度和高硬度，但由于分子鏈被凍結，破損后的室溫自修復成為一大挑戰(zhàn)。

圖1. 通過離子聚集體實現(xiàn)半結晶玻璃態(tài)聚合物的室溫自修復

近期，江南大學紡織科學與工程學院張丹教授/司鵬翔副教授和研究生（祝博文，童宇航）通過將離子聚集體摻入聚合物的無定形鏈段，實現(xiàn)了一種室溫自主自修復的玻璃狀半結晶聚合物。其結晶熔融溫度為60 ℃，楊氏模量為1.7 GPa，25 ℃ 時儲能模量為0.5 GPa在。通過使用小角 X 射線散（SAXS）、原子力顯微鏡（AFM）、動態(tài)機械分析（DMA）和寬帶介電譜（BDS），我們揭示了離子聚集表現(xiàn)出具有低能壘的獨立相和弛豫行為，使得在室溫下斷裂表面中相鄰的無定形聚合物鏈能夠松弛和重排。所得聚合物表現(xiàn)出室溫自修復能力，在 4 小時內恢復的拉伸強度為 43.5 MPa，愈合效率為 97.5%。該工作以“Room temperature self-healable glassy semi-crystalline polymers via ionic aggregations” 為題發(fā)表在《Macromolecules》上。該研究得到國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金的支持。

圖2. 離子聚集體的表征

圖3. 聚合物的熱力學松弛

圖4. 聚合物的介電松弛

圖5. 聚合物的力學自修復性能及其在3D打印中的應用

該工作是團隊近期關于室溫自修復聚合物的最近研究進展之一。在過去幾年中，團隊司鵬翔老師利用離子聚集體制備了室溫自修復彈性體（Si, P., Jiang, F., Cheng, Q. S., Rivers, G., Xie, H., Kyaw, A. K. K., & Zhao, B. (2020).Journal of Materials Chemistry A, 8(47), 25073-25084. ）、自修復醫(yī)用繃帶（Si, P., Zou, J., Dou, Y., Zeng, Q., Wu, Y., Long, Z., ... & Zhang, D. (2025). Journal of Colloid and Interface Science, 678, 819-828.）、自修復仿生皮膚（Si, P., Zou, J., Wu, Y., Long, Z., Sun, M., Cholewinski, A., ... & Zhang, D.(2023). Small, 19(37), 2303304.）、自修復水凝膠（Wu, Y., Nie, Y., Long, Z., Si, P., & Zhang, D.(2022). ACS Applied Materials & Interfaces, 14(27), 31354-31362.）等，探索了自修復機理，拓展了自修復聚合物在柔性電子、生物醫(yī)工領域的應用。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02387

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（責任編輯：xu）

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