具有前所未有力學(xué)性能的自愈合材料

在可拉伸電子等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景

●創(chuàng)新點(diǎn)

自愈合材料是一類能進(jìn)行自我修復(fù)的新材料，具有多種可供利用的特性，在可拉伸電子、記憶材料、工業(yè)涂層、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。已有的自愈合材料需要通過加熱、壓力、激光等外界刺激來(lái)激發(fā)愈合過程，力學(xué)和自愈合性能難以兼顧。

東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的游正偉研究團(tuán)隊(duì)研制出一種新型自愈合材料，該材料在受損后能夠像人類皮膚一樣自行愈合，恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)和性能，相關(guān)成果于2019年4月12日發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

●方法和結(jié)果

研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于銅配位丁二酮肟氨酯彈性體[Cu(II)-dimethylglyoxime-urethanecomplex-based polyurethane elastomer，（Cu-DOU-CPU）]的策略。Cu-DOU-CPU中同時(shí)存在動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵（肟氨酯鍵）和動(dòng)態(tài)非共價(jià)鍵（金屬配位鍵和氫鍵），可以同時(shí)提升材料自愈合性能和力學(xué)性能。Cu-DOU-CPU的強(qiáng)度和韌性分別達(dá)到14.8 MPa和87.0 MJ/m3，在室溫下即時(shí)自愈強(qiáng)度可達(dá)1.84 MPa。

蘇州大學(xué)鮑曉光團(tuán)隊(duì)通過密度泛函理論計(jì)算對(duì)其中的分子機(jī)制做了解釋，指出肟氨酯鍵、金屬配仨鍵和氫鍵的協(xié)同作用使得材料具有一系列優(yōu)異性能。其中，銅離子的配位作用起到關(guān)鍵作用：配位產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)交聯(lián)顯著增強(qiáng)材料的力學(xué)性能，同時(shí)銅離子的配位提升了肟氨酯鍵的動(dòng)態(tài)性，使材料具有更好的自愈合性能。

應(yīng)用前景

利用金屬配位作用同時(shí)提升材料的力學(xué)性能和自愈合性能的方法，可以拓展到其他體系，為進(jìn)一步研制高性能自愈合材料提供了新思路，在可拉伸電子等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。