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《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》報(bào)道南京理工大學(xué)傅佳駿教授團(tuán)隊(duì)自修復(fù)材料研究新進(jìn)展

來(lái)源:南京理工大學(xué)      2021-01-15
導(dǎo)讀:近日,南京理工大學(xué)化工學(xué)院傅佳駿教授團(tuán)隊(duì)在室溫自修復(fù)材料領(lǐng)域又取得重要研究進(jìn)展,相關(guān)成果以“A Fast Room-Temperature Self-Healing Glassy Polyurethane”為題,發(fā)表在國(guó)際化學(xué)頂級(jí)期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

自修復(fù)聚合物材料作為一種智能材料,類(lèi)似于生物體,能夠自主的修復(fù)在使用過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋和局部損傷,從而恢復(fù)原有的功能,如導(dǎo)電、傳感、抗腐蝕等。近年來(lái),圍繞本征自修復(fù)材料的設(shè)計(jì)合成及多功能應(yīng)用研究,化工學(xué)院傅佳駿教授團(tuán)隊(duì)近年來(lái)取得了一系列的研究進(jìn)展,相關(guān)成果已經(jīng)在包括Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Phys. Rev., Adv. Funct. Mater., Chem. Mater., J. Mater. Chem. A等國(guó)際高水平學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。

近日,南京理工大學(xué)化工學(xué)院傅佳駿教授團(tuán)隊(duì)在室溫自修復(fù)材料領(lǐng)域又取得重要研究進(jìn)展,相關(guān)成果以“A Fast Room-Temperature Self-Healing Glassy Polyurethane”為題,發(fā)表在國(guó)際化學(xué)頂級(jí)期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上。南京理工大學(xué)為該工作唯一完成單位和通訊單位,17級(jí)博士徐建華和19級(jí)陳驕陽(yáng)博士為共同第一作者。

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玻璃具有優(yōu)異的光學(xué)透明度以及硬度,但其脆性大,破碎的玻璃無(wú)法重新粘接在一起。具有本征可修復(fù)能力的透明玻璃態(tài)聚合物是玻璃很好的替代品,其不僅具有和玻璃相似的透明度,同時(shí)還能夠修復(fù)自身?yè)p傷。然而,目前報(bào)道的可修復(fù)玻璃態(tài)聚合物大多數(shù)都需要外界刺激(如光,熱,水等)來(lái)完成材料的修復(fù)過(guò)程。因此,開(kāi)發(fā)出能夠室溫自修復(fù)的透明玻璃態(tài)聚合物具有重要應(yīng)用價(jià)值。目前研究認(rèn)為,足夠的鏈段運(yùn)動(dòng)能力(Tg<室溫)是聚合物材料能夠室溫自修復(fù)的前提條件。然而,玻璃態(tài)聚合物的鏈段運(yùn)動(dòng)在室溫下被凍結(jié),這就導(dǎo)致破壞的聚合物網(wǎng)絡(luò)難以重新結(jié)合,從而剝奪了材料的室溫自修復(fù)能力。

雖然聚合物的鏈段運(yùn)動(dòng)已經(jīng)凍結(jié),但比鏈段小的一些單元仍能運(yùn)動(dòng)(次級(jí)松弛)。鑒于此,傅佳駿教授團(tuán)隊(duì)向聚合物網(wǎng)絡(luò)中植入了大量的高密度氫鍵單元,開(kāi)發(fā)出了一種可以快速室溫自修復(fù)的玻璃態(tài)透明聚氨酯材料;此材料在斷裂后,室溫下按住斷面一分鐘左右就能恢復(fù)原狀,一小時(shí)左右就能恢復(fù)原有的機(jī)械強(qiáng)度。團(tuán)隊(duì)成員對(duì)該玻璃態(tài)聚氨酯的室溫自修復(fù)機(jī)理進(jìn)行的詳細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)盡管室溫下聚合物的鏈段無(wú)法運(yùn)動(dòng),然而聚合物內(nèi)部大量的氫鍵基團(tuán)卻可以自由的運(yùn)動(dòng),聚合物斷裂面上大量的斷裂氫鍵的快速結(jié)合是其能夠室溫自修復(fù)的主要原因。


參考資料

[1] 《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》報(bào)道化工學(xué)院傅佳駿教授團(tuán)隊(duì)自修復(fù)材料研究新進(jìn)展,http://zs.njust.edu.cn/d7/99/c3558a251801/page.htm

[2] 論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202017303

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