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北京化工大學(xué)胡君教授團(tuán)隊(duì) Small:高機(jī)械魯棒性的本征熒光彈性體用以制備拉脹復(fù)合材料
2024-05-06  來(lái)源:高分子科技

  力學(xué)性能優(yōu)異的熒光彈性體在智能顯示器、柔性傳感器和超材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而熒光彈性體主要是通過(guò)摻雜熒光分或?qū)l(fā)色團(tuán)偶聯(lián)到聚合物網(wǎng)絡(luò)中來(lái)制備,這通常會(huì)對(duì)機(jī)械性能產(chǎn)生不利影響,也使大規(guī)模生產(chǎn)變得困難。針對(duì)這一問(wèn)題,北京化工大學(xué)胡君教授課題組受天然生物體中富含雜原子的微相分離結(jié)構(gòu)的啟發(fā),通過(guò)硬域動(dòng)態(tài)增強(qiáng)策略將大量;被鍐卧氲杰浂沃g,形成密集氫鍵聚集的微相分離結(jié)構(gòu),制備了一種高機(jī)械魯棒性的本征熒光聚氨酯彈性體(圖1);谄淞己玫臋C(jī)械性能、本征熒光和氫鍵促進(jìn)的界面結(jié)合能力,經(jīng)圖案化切割得到的彈性體拉脹骨架不僅可以有效地承受載荷,還可以與填充基體形成穩(wěn)定的界面結(jié)合,制備出一體化熒光拉脹復(fù)合材料。


1本征熒光彈性體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)示意圖


  制備的彈性體表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能,其斷裂強(qiáng)度~87.2 MPa斷裂伸長(zhǎng)率~1797%斷裂韌性~678.4 MJ m?3。斷裂時(shí)的真實(shí)應(yīng)力甚至高達(dá)1.65 GPa,與天然蜘蛛絲相當(dāng)(圖2。在拉伸形變過(guò)程中,氫鍵域的重新定向、變形和解離以及聚合物鏈的滑移等協(xié)同耗散能量,賦予彈性體斷裂強(qiáng)度和韌性。此外,得益于硬相中密集氫鍵誘導(dǎo)的富電子團(tuán)簇的空間共軛,彈性體展現(xiàn)出本征青色熒光。氫鍵的動(dòng)態(tài)解離和重組對(duì)富電子團(tuán)簇聚集的減弱和促進(jìn)作用使熒光強(qiáng)度具有可逆變化特性,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)彈性體的微相分離情況。 


2本征熒光彈性體的力學(xué)性能熒光性能


  基于其良好的機(jī)械性能、本征熒光和氫鍵促進(jìn)的界面結(jié)合能力,該熒光彈性體可以作為拉脹骨架用于制備一體化熒光拉脹復(fù)合材料(圖3;|(zhì)預(yù)聚液的滲透作用以及骨架和基質(zhì)之間的氫鍵作用使得拉脹復(fù)合材料沒(méi)有尖銳的軟硬界面,是連續(xù)一體化的固體材料。與單獨(dú)的拉脹骨架相比,拉脹復(fù)合材料能夠在大形變范圍內(nèi)具有負(fù)泊松比效應(yīng),保持拉脹特性,并且基質(zhì)的引入能有效傳遞拉脹骨架上的應(yīng)力,避免應(yīng)力集中,促進(jìn)能量耗散。本征熒光還使得復(fù)合材料的拉脹形變?cè)?/span>紫外光下可視化。本研究為開發(fā)具有高力學(xué)性能的熒光彈性體以及一體化拉脹超材料提供了一種途徑 


3一體化熒光拉脹復(fù)合材料力學(xué)性能拉脹性能


  該工作于20244月以“Mechanically Ultra-Robust Fluorescent Elastomer for Elaborating Auxetic Composite”為題發(fā)表于Small。第一作者為北京化工大學(xué)軟物質(zhì)高精尖中心博士生李佳偉,通訊作者為北京化工大學(xué)胡君教授。本研究工作得到北京市自然科學(xué)基金的支持,感謝所有合作者對(duì)本研究工作的貢獻(xiàn)。


  文章信息:J. Li, Z. Zheng, Y. Ma, Z. Dong, M.-H. Li, and J. Hu*. Mechanically Ultra-Robust Fluorescent Elastomer for Elaborating Auxetic Composite. Small 2024, 2402130.

  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/smll.202402130

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