自修复弹性体在受损后能够全部或部分修复其性能，在航空航天、交通运输、可穿戴电子器件和传感器等领域具有广阔的应用前景。为了实现自修复性能，需要在弹性体中构筑氢键、配位键、离子键和π-π作用等动态键，这些动态键虽然可以赋予弹性体较高的自修复效率，但是其键能较低，使得弹性体的力学性能较差（拉伸强度往往低于4MPa，断裂韧性往往低于1kJ/m2）。

  学习高强度水凝胶设计的思想，可以在自修复网络中引入共价键网络，提高弹性体的力学性能，但是动态网络的极性通常较大，而共价键网络的极性通常较小，二者在没有共溶剂的条件下会发生相分离。

  为了克服这个问题，四川大学吴锦荣副教授与哈佛大学蔡历恒博士和David A. Weitz教授合作，设计并制备出一种分子链上带酰胺键，端基为氨基或羧酸基的超支化分子，将该超支化分子的端氨基和端羧酸反应交联，获得一种弹性体。

图1. 高性能自修复弹性体的分子设计。a, 合成过程。b, 超支化分子的示意图。c, 杂化网络的示意图。d, DSC热流曲线。

  该弹性体中酰胺键形成氢键网络，支化点形成共价键网络。氢键网络在应力作用下优先断键，耗散能量，并且赋予弹性体较高的自修复性能，而共价键网络则赋予材料较高的力学性能。此外，该弹性体在拉伸作用下出现特殊的“宏观银纹”。与塑料中观察到的银纹不同，“宏观银纹”的尺度为1μm—1000μm，断裂面之间由多层薄片连接，而且“宏观银纹”遍及整个样条。“宏观银纹”的产生进一步耗散能量，使得材料的断裂韧性达13.5 kJ/m2，拉伸强度达19.5MPa，与天然橡胶相当。优异的性能使得该自修复弹性体可望在高性能阻尼材料和结构材料等领域得到应用。

图2. 力学性能和拉伸过程中的形貌演变. a, 拉伸过程中样品的光学照片。b, 拉伸应力应变曲线。c, 拉伸过程中在线SEM观测“宏观银纹”。

  以上工作近期发表在《Advance Materials》上(Adv. Mater. 2017, 1702616)，该工作得到国家自然科学基金委、高分子材料工程国家重点实验室、美国自然科学基金委和美国国立卫生研究院的支持。

  论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702616/full