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寧波材料所茅東升研究員/陳海明副研究員團隊 AFM: 氫鍵主導構(gòu)建全能超分子遙爪型聚合物
2022-07-08  來源:高分子科技

  具有優(yōu)異力學性能、快速自修復能力、摩擦起電性,甚至特殊光學性質(zhì)的聚合物材料在眾多領(lǐng)域特別是海洋上如海洋防污、防腐涂層,水下儲能、水下封裝、柔性傳感、智能顯示等集成型高科技產(chǎn)業(yè)中顯示出巨大的應(yīng)用前景。由于這些優(yōu)點通常源自不同的分子機制,因此將它們同時集成到一種合成材料中是一個長期存在的挑戰(zhàn)。


  鑒于此,中科院寧波材料所海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室納米復合工程材料團隊陳海明副研究員、茅東升研究員等人,受神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的啟發(fā),合成了一種三臂結(jié)構(gòu)的多功能遙爪型聚合物。通過在每條臂中嵌入大量的脲基來模擬神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建了一個多級氫鍵網(wǎng)絡(luò);通過嚴格控制每條臂的長度,減弱分子鏈纏結(jié),極大的提高了自修復的速率。因此緊需調(diào)整分子臂的長度,即可輕松實現(xiàn)材料宏觀多種性能的調(diào)控。研究表明,該聚合物具有較高的彈性模量97.9MPa、強度22.5MPa、斷裂伸長率1470%,以及優(yōu)異的超韌特性159.3MJ/m3、良好的抗缺口性能(187kJ/m2)和快速自愈合能力(92%0.5h)。同時,大量的氫鍵賦予材料了良好的粘接能力,與鐵板的搭接剪切強度可達20.7MPa。據(jù)作者介紹,這是目前所報道熱熔膠粘結(jié)強度的最高值 


1. 遙爪聚合物鏈結(jié)構(gòu)和應(yīng)用


 2. TPx的力學性能和結(jié)構(gòu)分析


 3. TP3的自愈行為


 4. TP3作為粘合劑的特性


  此外,這種遙爪聚脲在與銅板接觸分離時表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦起正電行為,其開路電壓VOC與常用的摩擦起負電材料聚四氟乙烯(PTFE)相當,可以很好地補充摩擦起正電材料。更有趣的是,在這種類固體聚合物中觀察到了聚集誘導發(fā)光的熒光現(xiàn)象,這使其在防偽領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。 


5. TP3的摩擦起正電行為


 6 TPx的熒光特性


  小結(jié):作者設(shè)計合成了一系列三臂遙爪型聚合物。這些彈性體的楊氏模量達到148.8 MPa,遠高于其他遙爪聚合物。彈性體的斷裂能(187 kJ m-2)與金屬和合金相當。彈性體作為與鐵板粘合的熱熔膠,其搭接剪切強度達到了20.7 MPa,這是目前熱熔膠中的最高值。這種顯著的氫鍵聚集體使彈性體在與銅接觸分離后帶正電,表現(xiàn)出與聚四氟乙烯一樣高的輸出電壓。由于叔胺域的AIE,彈性體可以發(fā)出固有的藍色熒光。這項工作極大地豐富了高性能、多用途熱塑性彈性體的設(shè)計思路,拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)工作以Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》(DOI: 10.1002/adfm.202204263)。陳海明副研究員是該論文的第一作者,茅東升研究員是通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金(52103014)、浙江省領(lǐng)軍型創(chuàng)新團隊項目(2021R01005)以及寧波市“甬江引才計劃”創(chuàng)新團隊項目(2021A-045-C)等項目的支持。



  全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204263
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(責任編輯:xu)
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