- 南京理工大學(xué)傅佳駿教授/徐建華副教授團(tuán)隊(duì)Adv. Mater.：“魔法”微孔設(shè)計(jì)創(chuàng)制柔韌自修復(fù)材料
- 發(fā)布日期：2024-10-30
柔性軟聚合物材料在可穿戴設(shè)備、軟機(jī)器人等各種工程應(yīng)用中至關(guān)重要，在這些應(yīng)用場景下，理想的軟材料不僅應(yīng)該在損壞后能夠自發(fā)修復(fù)損傷，還應(yīng)該具有高斷裂韌性，防止材料在損傷修復(fù)前因裂紋擴(kuò)展發(fā)生毀滅性故障。然而，在柔性材料的設(shè)計(jì)中，自修復(fù)和斷裂韌性性通常是相互矛盾。用相對(duì)弱的超分子相互作用取代軟聚合物網(wǎng)絡(luò)中的不可逆共價(jià)交聯(lián)，可以在不損害材料固有柔軟性的情況下賦予材料自修復(fù)功能。但是，這種基于弱超分子相互作用的低能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得化學(xué)鍵更易斷裂，導(dǎo)致聚合物的宏觀裂紋更容易擴(kuò)散，材料的本征斷裂能更低(Г0)。因此，柔性自修復(fù)材料的斷裂能（即裂紋擴(kuò)展所需的臨界能量）通常低于共價(jià)交聯(lián)聚合物（例如橡膠）。為了提升自修復(fù)材料的斷裂能，基于Irwin-Orowan模型(ГT = Г0 + ГD)，研究人員通常會(huì)在聚合物中引入共價(jià)交聯(lián)、雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、相分離結(jié)構(gòu)、晶疇、納米復(fù)合材料和纖維等來增加裂紋周邊作用區(qū)的能量耗散(ГD)，實(shí)現(xiàn)材料增韌。然而，這些方法雖然能在一定程度上提高斷裂韌性，但也不可避免地增加了材料的硬度，犧牲了材料的本征柔性。迄今為止，實(shí)現(xiàn)聚合物材料在高柔性、高斷裂韌性以及高自修復(fù)效率這三個(gè)性能指標(biāo)上的協(xié)同優(yōu)化，仍然是材料科學(xué)領(lǐng)域中的一大挑戰(zhàn)。
南京理工大學(xué)傅佳駿/徐建華團(tuán)隊(duì)近年來致力于通過“多尺度動(dòng)態(tài)分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”來創(chuàng)制高性能自修復(fù)材料：基于超分子組裝技術(shù)制備了仿生人體肌腱組織的抗疲勞柔韌自修復(fù)材料（Adv. Mater., 2023, 35, 2300937）；通過仿生平滑肌組織誘導(dǎo)裂紋偏轉(zhuǎn)的策略制備了柔軟而強(qiáng)韌的復(fù)合材料（Nat. Commun., 2023, 14, 130）；通過分子工程誘導(dǎo)的雙連續(xù)納米結(jié)構(gòu)顯著提升柔性自修復(fù)材料的抗疲勞、彈性和熱穩(wěn)定性（Mater. Horiz., 2023,10, 2968）；基于非對(duì)稱疏松氫鍵密堆積誘導(dǎo)超分子氫鍵次級(jí)松弛運(yùn)動(dòng)的思想創(chuàng)制了高硬度室溫自修復(fù)玻璃態(tài)聚氨酯（Angew. Chem. Int. Ed., 2021,60, 7947）；提出模仿蜻蜓翅膀微結(jié)構(gòu)的策略極大提升高硬度自修復(fù)塑料的斷裂韌性并改善斷裂行為（Matter 2021, 4, 2474）；提出非特異性超分子基元錯(cuò)配激活硬相氫鍵的策略創(chuàng)制室溫超快自修復(fù)柔韌材料（Mater. Horiz. 2021, 8, 3356）。
