《CM》華南理工大學何明輝： 協同氫鍵相互作用的剛性、自修復、透明高分子聚合物
2021年7月6日 10:51瀏覽：2301
具有高機械強度的高分子聚合物通常具有高結晶度和緊密纏結的鏈段，阻礙了斷裂界面的自愈。最近，
華南理工大學
何明輝副研究員
團隊
報告了由堅硬而堅固的
聚（丙烯酰胺
/氯化膽堿）和柔軟且可逆的聚（丙烯酸/氯化膽堿）片段制成的堅硬、可自愈、透明的聚合物 (SSHTP) 材料
。
通過兩種可聚合的低共熔溶劑單體的光引發共聚，可以在 1 分鐘內輕松制備 SSHTP，同時獲得高透光率、優異的機械強度和自修復能力。由于微相分離聚合物基體中高密度氫鍵的協同相互作用，受損的SSHTPs可以在中等條件下自主自愈斷裂，愈合后的SSHTPs可以承受大于自身重量500倍的壓力而不會斷裂。我們的研究為透明可愈合硬聚合物的設計提供了一種簡單、可行和綠色的方法，該聚合物在各種工業和技術領域具有廣闊的應用前景。
相關論文以題為
Stiff, Self-Healable, Transparent Polymers with Synergetic Hydrogen Bonding Interactions
發表在《
Chemistry of Materials
》上。
圖
1. 機械剛性、自修復、透明聚合物 (SSHTP) 的設計概念
。(a) 用于SSHTPs的硬質和硬質聚（AAm/ChCl）和柔軟且可拉伸的聚（AA/ChCl）的設計和制備過程。(b) SSHTP 愈合過程示意圖。(c) SSHTP 基質中的氫鍵協同作用。
圖
2. SSHTP 的表征。
(a) SSHTP 薄膜的紫外-可見光譜，平均透光率約為 94.8%。(b) PDES-1/1 和 AA/AAm-1/1 混合物（不含 ChCl）在 UV 聚合過程中的關鍵實時 FTIR 參數。(c) 紫外聚合前（橙線）和后（藍線）PDES 的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）。(d) SSHTPs 的差示掃描量熱法 (DSC) 跡線、(e) X 射線衍射 (XRD) 光譜和 (f) 熱重分析 (TGA) 熱分析圖。
圖
3. SSHTP 的機械性能。
(a) SSHTP 薄板的承重試驗。(b) SSHTP-1/1 的拉伸照片，顯示軟段和硬段明顯分離。（c）SSHTPs 的拉伸應變-應力和（d）三點彎曲應力-應變曲線。(e) 儲能模量 (G') 和損耗模量 (G") 作為 SSHTP 頻率的函數。（f-h）具有各種軟硬 PDES 單體摩爾比的 SSHTP 的 AFM 相位圖像。
圖
4. SSHTPs 的自愈特性和整體性能。
（a）自愈SSHTP的機械特性。(b) 自修復SSHTPs在80°C下24小時的拉伸應變-應力曲線。(c) SSHTPs 在 80 °C 下的自愈效率。(d) 兩個獨立的 SSHTPs 被切成兩半，它們可以在愈合 24 小時后重新連接成一個新的 (i)。(e) 在 80°C 下具有不同愈合時間的愈合 SSHTP 的光學顯微鏡圖像。(f) 這項工作與最近報道的機械強度和自愈性聚合物在透射率、模量、愈合效率和制備時間方面的比較
。
該團隊已經展示了機械剛性、自修復和透明聚合物
(SSHTPs) 的制備，其具有 >94% 的透射率、高拉伸強度 (65.74-108.13 MPa)、極端楊氏模量 (9.58-14.16 GPa) 和低斷裂應變（僅 2.03%
～
9.06%）。PDESs 的制造過程簡單、快速（幾分鐘內）和綠色（無有機溶劑）。SSHTP 的機械強度可以通過調整聚合物基質中硬聚(AAm/ChCl)和軟聚(AA/ChC)鏈段的比例來調整。由于聚合物基體中致密氫鍵的協同作用，SSHTPs可以在室溫下部分愈合，在加熱下可
以進一步提高自愈合效率。
團隊相信這里提出的設計概念為制備堅硬、自修復和透明的功能材料提供了一種可行的方法，團隊預計這項工作中報告的材料將有希望用于實際應用。
doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01242
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
上述僅代表個人觀點。投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
技術鄰APP
工程師必備
