抗冲击材料在缓冲防护领域(如运动装备、精密仪器减震、航空航天结构)发挥着关键作用。然而,传统弹性体材料普遍存在损耗因子低、抗冲击性能不足的问题,难以满足极端工况下的能量耗散需求。近年来,动态键交联聚合物网络因其可逆键交换特性,成为提升材料抗冲击性和自修复能力的有效策略。其中,硼酯键因其可逆断裂/重组能力、路易斯酸性可调及丰富的配位模式,在动态共价化学和功能材料领域备受关注。然而,传统硼酯键(如螺硼酸酯、单硼酯及硼氧六环结构)的交换反应通常需要外部刺激驱动。如何在常温下实现硼酯键网络的自发快速动态重排,从而协同优化材料的抗冲击性能与自修复效率,是当前研究的挑战。
近日,四川大学吴锦荣/兀琪团队基于硼中心原子环境对硼酯键交换动力学的影响,设计了联硼结构(B-B)连接的新型联硼酯键。该结构在无催化剂、室温的温和条件下即可实现快速键交换。基于联硼酯键构建的弹性体材料有效实现了室温完全自修复,更展现出了优异的抗冲击性能(力衰减率>96%),为高性能自修复抗冲击材料提供了全新分子设计策略。

在室温无催化条件下,联硼酯键能够迅速交换,并可实现约80%的转化率。同时,联硼酯键解离能显著低于传统硼酯键,其低键能特性为室温快速动态交换提供了可能。

基于联硼酯键交联的弹性体材料展现出显著的剪切硬化行为和低网络活化能。在落球冲击测试中,该材料薄膜可将冲击力衰减96%以上,能有效保护超薄玻璃免受钢球冲击损伤。同时,由于联硼酯键交联网络的优异室温动态特性,该材料实现了室温完全自修复。

该工作以“Dynamic Tetraoxadiborolane as a Boron–Boron Linkage for an Impact-Resistant, Self-Healing, and Recyclable Elastomer”为题发表在《Macromolecules》上。四川大学高分子科学与工程学院博士研究生古诗雨为文章第一作者,吴锦荣教授和兀琪副研究员为论文共同通讯作者。
该工作得到了国家自然科学基金(No. 52203064, 52373061和52473061)和先进高分子材料全国重点实验室自主课题经费(No. sklapm2025-2-13)的资助。
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02566
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