【引言】

自修復(fù)/可修復(fù)聚合物材料能自動或者在外在刺激的作用下修復(fù)自身損傷，自從20世紀(jì)70年代后期以來引起了重大關(guān)注。這些材料可分為外植型和本征型兩大類。聚合物鏈的遷移率決定本征型自修復(fù)聚合物材料的自修復(fù)能力。因此，本征型自修復(fù)聚合物薄膜的寬的損傷的修復(fù)以聚合物鏈的高遷移率為前提。層層自組裝聚合物復(fù)合膜受到機械損傷后，在保留它們的結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)出了巨大的潛力。更重要的是，精確控制層層自組裝膜的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和聚合物鏈的構(gòu)象，可以制備不同的功能性自修復(fù)膜，以及對自修復(fù)機理進行研究。雖然層層自組裝膜的修復(fù)的機理已經(jīng)被完全證實，但聚合物薄膜的寬且深的損傷的修復(fù)的因素還沒被深入研究。

【成果簡介】

近日，吉林大學(xué)的孫俊奇教授（通訊作者）、博士生王燕（第一作者）等在學(xué)術(shù)期刊ACS Appl. Mater. Interfaces上發(fā)表了題為Polymers with a Coiled Conformation Enable Healing of Wide and Deep Damages in Polymeric Films的文章。該文用簡便的方法開發(fā)了具有卷曲構(gòu)象的聚合物，制備了能修復(fù)自身的寬的損傷的層層自組裝聚合物膜。這種膜由交替沉積的帶正電荷的、具有卷曲構(gòu)象的聚氨酯和聚丙烯酸組成。聚氨酯的構(gòu)象從卷曲構(gòu)象轉(zhuǎn)化為舒展構(gòu)象，使聚氨酯和聚丙烯酸鏈發(fā)生遷移，從而修復(fù)聚氨酯/聚丙烯酸膜的寬度是膜厚6倍的損傷。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1.（a）聚氨酯的結(jié)構(gòu)；

       （b）聚氨酯分別在水中（左）、在乙醇/水混合物中（右）；

       （c）聚氨酯在水中和在乙醇中的示意圖；

       （d）乙醇的摩爾濃度不同的乙醇/水混合物中的聚氨酯納米顆粒的水力學(xué)直徑；

       （e）聚氨酯在乙醇/水混合物中的透光率

 

示意圖1.采用旋涂-逐層自組裝技術(shù)制備(PAA/PU)*n-water  film的示意圖

 

圖2.（a）(PAA/PU)*n-water  film的厚度和膜的沉積次數(shù)呈函數(shù)關(guān)系；

       （b）(PAA/PU)*n-water  film的AFM圖；

       （c-e）(PAA/PU)*n-water  film的寬約40μm的切口在修復(fù)前（c）、在乙醇中修復(fù)5分鐘（d）和10分鐘（e）后的SEM圖；

       （f）圖（c）中的膜在水中浸泡60分鐘

 

圖3.（a）(PAA/PU)*m-ethanol  film的厚度和膜的沉積次數(shù)呈函數(shù)關(guān)系；

       （b）(PAA/PU)*100-ethanol film的AFM圖；

     （c,d）(PAA/PU)*100-ethanol film的寬約41μm的切口在乙醇中浸泡20分鐘前、后（c、d）的SEM圖；

      （e,f）圖（c）中的膜在水中浸泡20分鐘后的SEM圖（e）和截面SEM圖（f）。內(nèi)圖是(PAA/PU)*100-ethanol film在乙醇中浸泡前的截面SEM圖

 

圖4.（a）(PAA/PU)*50-water film的楊氏模量和它的納米壓痕的深度呈函數(shù)關(guān)系；

       （b）(PAA/PU)*50-water film分別在乙醇中和在水中的儲能模量

 

圖5.分別浸泡在乙醇和水中的[(PAA/PU)*20/(PAA@LYC/PU)*5/(PAA/PU)*2]-water films的熒光恢復(fù)結(jié)果和它們的浸泡時間有關(guān)

【小結(jié)】

作者用新穎的方法制備了自修復(fù)聚合物膜。這種膜具有優(yōu)異的自修復(fù)性，能修復(fù)切口寬度為膜厚6倍的切口。作者的研究表明了聚合物的構(gòu)象是制約聚合物膜的修復(fù)能力的關(guān)鍵因素。合理地控制聚合物的構(gòu)象和它們的相互轉(zhuǎn)化，可以制備能修復(fù)自身的大的損傷的的自修復(fù)聚合物材料。

文獻鏈接：Polymers with a Coiled Conformation Enable Healing of Wide and Deep Damages in Polymeric Films（ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018，DOI: 10.1021/acsami.8b10277）