近日,東華大學(xué)纖維材料改性重點國家實驗室游正偉教授團(tuán)隊在多功能防護(hù)材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果以《兼具多重防護(hù)性能的仿生材料》(Biomimetic materials with multiple protective functionalities, DOI:10.1002/adfm.201901058)為題,發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional 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)劉增賀博士和張璐之博士是該論文共同第一作者。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。
材料在使用過程中,時常受到外力拉伸/壓縮、摩擦、刮擦或穿刺等機(jī)械傷害,嚴(yán)重影響其使用壽命,甚至散失功能,帶來嚴(yán)重的安全隱患。自然界為人們提高材料抵抗外界傷害能力提供了重要啟迪,很多生物組織具有強(qiáng)韌、力學(xué)梯度、自修復(fù)、熒光等防護(hù)性能,使其能夠在惡劣環(huán)境中生存。由于這些防護(hù)性能相互獨立,通常由不同化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計而實現(xiàn),因此現(xiàn)有的防護(hù)材料構(gòu)造技術(shù)所實現(xiàn)的防護(hù)性能一般比較單一,大大限制了材料的綜合防護(hù)性能和應(yīng)用范圍。
據(jù)此游正偉教授團(tuán)隊提出了利用多反應(yīng)性基團(tuán)在一個材料里構(gòu)筑多重防護(hù)性能的新思路。將具有室溫可逆動態(tài)裂解、金屬配位、光解等多重反應(yīng)性的丁二酮肟氨酯基團(tuán)引入到聚氨酯材料中,相應(yīng)地獲得了同時具有強(qiáng)韌、力學(xué)梯度、室溫自發(fā)自修復(fù)、熒光性能多合一防護(hù)材料(圖1)。
圖1基于多重反應(yīng)性丁二酮肟氨酯基團(tuán)構(gòu)建多合一防護(hù)材料
基于上述材料,作者構(gòu)建了一張超級防護(hù)膜,該膜展現(xiàn)出了快速的表面劃痕自修復(fù)能力、優(yōu)異的抵抗牙簽等尖銳物體穿刺的能力、熒光防偽性能,以及對塑料的無縫貼合能力,該膜潛在應(yīng)用于電腦、手機(jī)、證書等貴重物品的防護(hù)(圖2)。
圖2集快速室溫自修復(fù)、耐穿刺、強(qiáng)粘合、熒光防偽于一體的多功能防護(hù)膜
該工作初步展現(xiàn)了聚肟氨酯的多重反應(yīng)性、優(yōu)異的性能和潛在的應(yīng)用,其還可以進(jìn)一步深入、衍生,獲得一系列新穎的材料。比如近期游正偉教授團(tuán)隊通過深入研究金屬離子對上述丁二酮肟氨酯的配位作用,通過銅離子配位既提高了材料的力學(xué)性能,同時促進(jìn)肟氨酯基團(tuán)的動態(tài)交換反應(yīng),提升了材料的室溫自修復(fù)性能。為解決自修復(fù)材料中普遍存在的高力學(xué)性能和自修復(fù)效率的矛盾提供了新穎的思路,獲得了具有已報到的最大的強(qiáng)度和韌性的室溫自修復(fù)彈性體(Adv. Mater.2019, 10.1002/adma.201901402)。
同時還值得一提的是本工作涉及的核心原料(丁二酮肟、異氰酸酯)為廉價易得的工業(yè)品,可以通過簡便的一步法構(gòu)建聚氨酯材料,也可以通過合理的設(shè)計引入到其它材料中,研制一系列功能材料,具有廣闊的應(yīng)用前景。
該工作獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、東華大學(xué)勵志計劃等項目資助。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901402
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