四川大学吴锦荣教授团队《Chem. Mater.》：强韧材料在玻璃态下自修复的新进展

2023-01-17 来源：高分子科技

玻璃态聚合物具有高模量和高强度，作为结构材料广泛应用于车辆、航天器、电子产品和日常用品等领域。目前实际应用的玻璃态聚合物受损后缺乏有效的自修复能力，所带来的安全隐患和塑料污染一直是工业和社会关注热点。同时，现有的玻璃态自修复材料大多力学性能较差或玻璃化转变温度较低，限制了这一类材料的实际应用。为了克服这些不足，同时实现材料在玻璃态的自修复具有重要的意义。

图1 THG的设计概念和胺基-羧基盐桥

近日，四川大学高分子科学与工程学院吴锦荣教授团队在玻璃态自修复材料领域取得了又一重要研究成果。通过在超支化聚合物和高分子量线型共聚物之间构筑密集动态的胺基-羧酸盐桥，开发了一类仿疏松结缔组织的坚韧且可玻璃态修复的复合物（THG），如图1。高密度盐桥使得THG的屈服强度和杨氏模量分别高达49.7 MPa和1.1 GPa，玻璃化转变温度（T_g）在50 °C以上。超支化聚合物贡献的较大自由体积和线型共聚物引入的分子缠结赋予了THG出色的拉伸韧性（高达91.9 MJ/m³），综合力学性能优于一些商业塑料（图2）。与此同时，在受到机械损伤后，THG 可以在玻璃化转变温度以下表现出优异的自修复能力，并在T_g附近实现韧性的有效恢复（图3）。进一步对THG的网络结构和分子动力学研究表明，其次级松弛（超支化聚合物的支链、端基，线型分子的侧基的运动）和动态物理交联（胺基-羧酸盐桥和复合氢键）对THG的自修复能力起到了主要贡献（图4）。这种策略为设计高强度高韧性玻璃态自修复聚合物提供了一种新方法。该工作以“Biomimetic Hybrid Networks with Excellent Toughness and Self-Healing Ability in Glassy State”为题发表在《Chem. Mater.》上。文章第一作者是四川大学硕士研究生李维航，吴锦荣教授和东京大学博士生王豪为通讯作者，四川大学高分子科学与工程学院为通讯作者单位。研究工作得到了叶邦角教授、张宏俊教授、刘辉博士和彭燕博士的支持。该研究得到了国家自然科学基金委的资助。

图2 分子结构对综合力学性能的贡献

图3 THG的自修复性能

图4 THG的网络结构和分子动力学研究

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.2c03266

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻