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宁波材料所茅东升研究员/陈海明副研究员团队 AFM: 氢键主导构建全能超分子遥爪型聚合物
2022-07-08  来源:高分子科技

  具有优异力学性能、快速自修复能力、摩擦起电性,甚至特殊光学性质的聚合物材料在众多领域特别是海洋上如海洋防污、防腐涂层,水下储能、水下封装、柔性传感、智能显示等集成型高科技产业中显示出巨大的应用前景。由于这些优点通常源自不同的分子机制,因此将它们同时集成到一种合成材料中是一个长期存在的挑战。


  鉴于此,中科院宁波材料所海洋新材料与应用技术重点实验室纳米复合工程材料团队陈海明副研究员、茅东升研究员等人受神经元结构的启发,合成了一种三臂结构的多功能遥爪型聚合物。通过在每条臂中嵌入大量的脲基来模拟神经元网络,构建了一个多级氢键网络;通过严格控制每条臂的长度,减弱分子链缠结,极大的提高了自修复的速率。因此紧需调整分子臂的长度,即可轻松实现材料宏观多种性能的调控。研究表明,该聚合物具有较高的弹性模量97.9MPa、强度22.5MPa、断裂伸长率1470%,以及优异的超韧特性159.3MJ/m3、良好的抗缺口性能(187kJ/m2)和快速自愈合能力(92%0.5h)。同时,大量的氢键赋予材料了良好的粘接能力,与铁板的搭接剪切强度可达20.7MPa据作者介绍,这是目前所报道热熔胶粘结强度的最高值 


1. 遥爪聚合物链结构和应用


 2. TPx的力学性能和结构分析


 3. TP3的自愈行为


 4. TP3作为粘合剂的特性


  此外,这种遥爪聚脲在与铜板接触分离时表现出优异的摩擦起正电行为,其开路电压VOC与常用的摩擦起负电材料聚四氟乙烯(PTFE)相当,可以很好地补充摩擦起正电材料。更有趣的是,在这种类固体聚合物中观察到了聚集诱导发光的荧光现象,这使其在防伪领域具有潜在的应用前景。 


5. TP3的摩擦起正电行为


 6 TPx的荧光特性


  小结:作者设计合成了一系列三臂遥爪型聚合物。这些弹性体的杨氏模量达到148.8 MPa,远高于其他遥爪聚合物。弹性体的断裂能(187 kJ m-2)与金属和合金相当。弹性体作为与铁板粘合的热熔胶,其搭接剪切强度达到了20.7 MPa,这是目前热熔胶中的最高值。这种显着的氢键聚集体使弹性体在与铜接触分离后带正电,表现出与聚四氟乙烯一样高的输出电压。由于叔胺域的AIE,弹性体可以发出固有的蓝色荧光。这项工作极大地丰富了高性能、多用途热塑性弹性体的设计思路,拓宽了其应用领域。相关工作以Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》(DOI: 10.1002/adfm.202204263)。陈海明副研究员是该论文的第一作者,茅东升研究员是通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(52103014)、浙江省领军型创新团队项目(2021R01005)以及宁波市“甬江引才计划”创新团队项目(2021A-045-C)等项目的支持。



  全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204263
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(责任编辑:xu)
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