“有生命”的自愈合材料問世
- 來源: 《中國科學(xué)報》 2019-04-23 14:47:24
東華大學(xué)纖維材料改性重點國家實驗室游正偉團(tuán)隊研制出一種“有生命”的自愈合材料。這種新型材料在損傷后,能夠像人類的皮膚一樣自行愈合,恢復(fù)其原有的結(jié)構(gòu)和功能,可以大大延長材料的使用壽命、提高材料的使用安全性、降低材料的維護(hù)成本。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
自愈合材料在汽車涂層、可穿戴電子、軟體機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域備受關(guān)注。然而,已報道的自愈合材料往往需要外界刺激(比如加熱、激光、壓力等)來激發(fā)愈合過程,同時力學(xué)和自愈合性能難以兼顧,研制理想的高強(qiáng)韌室溫自愈合材料仍然是該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。
因此,研究人員提出一種可以同時提升材料自愈合性能和力學(xué)性能的分子策略——基于銅配位丁二酮肟氨酯的彈性體。游正偉告訴《中國科學(xué)報》,基于銅配位丁二酮肟氨酯的彈性體中同時存在動態(tài)共價鍵(肟氨酯鍵)和動態(tài)非共價鍵(金屬配位鍵和氫鍵),其中銅離子的配位作用是關(guān)鍵:配位產(chǎn)生的動態(tài)交聯(lián)顯著增強(qiáng)了材料的力學(xué)性能;同時,銅離子的配位提升了肟氨酯鍵的動態(tài)性,材料表現(xiàn)出更優(yōu)的自愈合性能。
蘇州大學(xué)教授鮑曉光團(tuán)隊通過密度泛函理論計算解釋了其中的分子機(jī)制。三種動態(tài)鍵的協(xié)同作用使得材料具有一系列優(yōu)異的性能。同時,基于銅配位丁二酮肟氨酯的彈性體在室溫下可以自發(fā)自愈,即時自愈強(qiáng)度超過所有同類材料的原始強(qiáng)度。
游正偉表示,該工作提出的利用金屬配位作用來同時提升力學(xué)和自愈合性能的策略,可以拓展到其他金屬離子和動態(tài)鍵體系,為研制高性能的自愈合材料提供了全新的思路。
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