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  具有優異機械性能和室溫自修復能力的導電彈性體在眾多新興領域展現出廣闊的應用前景。但由于強度和自修復性能之間的內在矛盾，以及導電層與基體界面粘合力不足，其制備仍然具有挑戰性。此外，傳統彈性體嚴重依賴石油基原材料，不利于相關產業的可持續發展。

  基于動態非共價相互作用的超分子彈性體，在相對溫和的條件下具有優異的自修復性能。但非共價交聯聚合物通常需引入高含量納米填料來提升機械強度，卻嚴重弱化了自修復性能。因此，在低填料負載下實現彈性體機械性能與自修復性能的平衡，并通過簡單方法實現功能整合，需要實施合理的結構設計。

  近日，西南大學曾建兵教授課題組將聚多巴胺（PDA）引入到羧基化纖維素納米纖維（CCNF）增強的氧化天然橡膠基體中，成功制備了具有優異機械性能和自修復性能的超分子彈性體復合材料（SECs）。在CCNF的誘導下，PDA納米粒子被定位在CCNF網絡中，從而在橡膠基體內形成具有多重界面氫鍵相互作用的隔離網絡。隔離填料網絡促進了應變誘導結晶行為，并在拉伸過程中有效耗散能量，使SECs在較低的填料負載量下擁有優異的機械性能。低填料負載也降低了對自修復性能的影響，巧妙地平衡了SECs的機械性能和自修復能力。PDA的引入使SECs能夠作為光熱轉換彈性體并實現近紅外激光誘導的快速自修復。此外，PDA的固有粘附性使得SECs還可以通過簡單的浸涂技術制備導電橡膠膜，并應用于柔性應變傳感器。這種“一石三鳥”策略同時解決了機械強度、動態修復性與功能適應性方面的關鍵挑戰。

圖1. SECs的制備及結構示意圖。

圖2. SECs的力學性能。

圖3. SECs的光熱轉換性能。

圖4. SECs的自修復性能。

圖5. SECs通過浸涂技術制備導電橡膠膜。

圖6. 導電橡膠膜的應變傳感性能。

  該研究同時解決了導電彈性體在機械性能、動態修復性與功能適應性方面的重要挑戰。首先，在CCNF的輔助下，PDA納米顆粒被定位在CCNF網絡中，從而在橡膠基體中構建具有多重界面氫鍵相互作用的隔離填料網絡。這一設計巧妙平衡了機械性能與自修復能力之間的矛盾。ONR/P3C3樣品的拉伸強度高達15.33 MPa，同時保持了834%的斷裂應變，顯著優于先前報道的、具有相近填料負載量的復合材料。ONR/P3C3在修復5 h后應力達到13.41 MPa，自修復效率為87.5%。其次，PDA的引入賦予了SECs穩定的光熱轉換性能，使其適用于光-熱-電轉換，并能夠實現SECs快速、精準的自修復。最后，利用填充在彈性體中的PDA的固有粘附性能，通過簡單的浸涂法即可在彈性體表面輕松構建導電層，從而制備出適用于柔性應變傳感器的導電橡膠膜。

  相關成果近期以“Mechanically Robust and Room-Temperature Self-Healing Biobased Conductive Elastomers with Polydopamine-Functionalized Segregated Structure”為題發表在Macromolecules上。論文的第一作者為西南大學化學化工學院博士生吳明亮，通訊作者為曾建兵教授。該研究得到中央高校基本科研業務費專項資金（SWU-XDJH202314）支持。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01844