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江南大學(xué)張丹/司鵬翔 Macromolecules: 室溫自修復(fù)的玻璃態(tài)半結(jié)晶聚合物
2024-12-07  來源：高分子科技

  玻璃態(tài)半結(jié)晶聚合物（硬質(zhì)塑料、樹脂等）具有高強(qiáng)度和高硬度，但由于分子鏈被凍結(jié)，破損后的室溫自修復(fù)成為一大挑戰(zhàn)。


圖1. 通過離子聚集體實(shí)現(xiàn)半結(jié)晶玻璃態(tài)聚合物的室溫自修復(fù)


  近期，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院張丹教授/司鵬翔副教授和研究生（祝博文，童宇航）通過將離子聚集體摻入聚合物的無定形鏈段，實(shí)現(xiàn)了一種室溫自主自修復(fù)的玻璃狀半結(jié)晶聚合物。其結(jié)晶熔融溫度為60 ℃，楊氏模量為1.7 GPa，25 ℃ 時(shí)儲(chǔ)能模量為0.5 GPa在。通過使用小角 X 射線散（SAXS）、原子力顯微鏡 （AFM）、動(dòng)態(tài)機(jī)械分析 （DMA） 和寬帶介電譜 （BDS），我們揭示了離子聚集表現(xiàn)出具有低能壘的獨(dú)立相和弛豫行為，使得在室溫下斷裂表面中相鄰的無定形聚合物鏈能夠松弛和重排。所得聚合物表現(xiàn)出室溫自修復(fù)能力，在 4 小時(shí)內(nèi)恢復(fù)的拉伸強(qiáng)度為 43.5 MPa，愈合效率為 97.5%。該工作以“Room temperature self-healable glassy semi-crystalline polymers via ionic aggregations” 為題發(fā)表在《Macromolecules》上。該研究得到國家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金的支持。


圖2. 離子聚集體的表征


圖3. 聚合物的熱力學(xué)松弛


圖4. 聚合物的介電松弛


圖5. 聚合物的力學(xué)自修復(fù)性能及其在3D打印中的應(yīng)用


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于室溫自修復(fù)聚合物的最近研究進(jìn)展之一。在過去幾年中，團(tuán)隊(duì)司鵬翔老師利用離子聚集體制備了室溫自修復(fù)彈性體（Si, P., Jiang, F., Cheng, Q. S., Rivers, G., Xie, H., Kyaw, A. K. K., & Zhao, B. (2020).Journal of Materials Chemistry A, 8(47), 25073-25084. ）、自修復(fù)醫(yī)用繃帶（Si, P., Zou, J., Dou, Y., Zeng, Q., Wu, Y., Long, Z., ... & Zhang, D. (2025). Journal of Colloid and Interface Science, 678, 819-828.）、自修復(fù)仿生皮膚（Si, P., Zou, J., Wu, Y., Long, Z., Sun, M., Cholewinski, A., ... & Zhang, D.(2023). Small, 19(37), 2303304.）、自修復(fù)水凝膠（Wu, Y., Nie, Y., Long, Z., Si, P., & Zhang, D.(2022). ACS Applied Materials & Interfaces, 14(27), 31354-31362.）等，探索了自修復(fù)機(jī)理，拓展了自修復(fù)聚合物在柔性電子、生物醫(yī)工領(lǐng)域的應(yīng)用。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02387

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