近日，東華大學(xué)纖維材料改性重點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室游正偉教授團(tuán)隊(duì)在自愈合材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以《一種具有空前力學(xué)性能的高效自愈合彈性體》 （A Highly Efficient Self-Healing Elastomer with Unprecedented Mechanical Properties, DOI ： 10.1002/adma.201901402） 為題，發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》 （ Advanced Materials ） 。東華大學(xué)游正偉教授是該論文的通訊作者，東華大學(xué)博士生張璐之和劉增賀是該論文共同第一作者。蘇州大學(xué)鮑曉光教授對(duì)自愈合的分子機(jī)制進(jìn)行了理論計(jì)算證明，東華大學(xué)何創(chuàng)龍教授、管清寶副教授是論文的共同作者。

自愈合材料是一種“有生命”的材料，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(zhǎng)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。因此，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(bào)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(shí)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)。

針對(duì)上述關(guān)鍵問題，游正偉教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出了一種可以同時(shí)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（ Cu-DOU-CPU ）。 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），其中銅離子的配位作用是關(guān)鍵：配位產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)交聯(lián)顯著增強(qiáng)了材料的力學(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，材料表現(xiàn)出更優(yōu)的自愈合性能。蘇州大學(xué)鮑曉光教授團(tuán)隊(duì)通過密度泛函理論計(jì)算解釋了其中的分子機(jī)制。

Cu-DOU-CPU 自愈合彈性體的設(shè)計(jì)

上述三種動(dòng)態(tài)鍵的協(xié)同作用使得材料具有一系列優(yōu)異的性能。 Cu-DOU-CPU 的強(qiáng)度和韌性分別達(dá)到了 14.8 MPa 和 87.0 MJ m ?3 。同時(shí)， Cu-DOU-CPU 在室溫下可以自發(fā)自愈，即時(shí)自愈強(qiáng)度可達(dá) 1.84 MPa ，并持續(xù)增加至 13.8 MPa ，超過所有同類材料的原始強(qiáng)度。

Cu-DOU-CPU 彈性體的超強(qiáng)力學(xué)性能和自愈合能力

接著作者利用該材料復(fù)合液態(tài)金屬構(gòu)建了高拉伸自愈合導(dǎo)線。切斷的導(dǎo)線在室溫下 9 分鐘就可以基本愈合，在再拉伸 2.5 倍的情況下，仍然能保持電路的導(dǎo)通，展現(xiàn)了該自修復(fù)材料在磅礴興起的可拉伸電子領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。

Cu-DOU-CPU 彈性體構(gòu)筑自愈合可拉伸電子器件

該工作還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)， Cu-DOU-CPU 合成所使用的原料均為易得的工業(yè)品，反應(yīng)采用 ” 一鍋法 “ ，簡(jiǎn)便易行，非常有利于大規(guī)模使用。更進(jìn)一步，該工作提出的利用金屬配位作用來同時(shí)提升力學(xué)和自愈合性能的策略，可以拓展到其它金屬離子和動(dòng)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。

游正偉教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事彈性體的研究，近年來致力于動(dòng)態(tài)鍵構(gòu)筑智能彈性體特別是自愈合彈性體 （ ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20591–20599） 。近期，該團(tuán)隊(duì)還基于丁二酮肟氨酯基團(tuán)的多重反應(yīng)性，研制了一種強(qiáng)韌、自愈、防偽多合一仿生超級(jí)防護(hù)材料，相關(guān)工作也將于近期發(fā)表在 Adv. Funct. Mater. 上。

該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、東華大學(xué)勵(lì)志計(jì)劃等項(xiàng)目資助。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛