近年来,柔性电子器件因柔软、可形变等特点受到广泛关注。当柔性电子器件被频繁使用时,柔性基底材料容易出现机械损伤。因此,为了延长电子器件的使用寿命,需要采用具有高韧性和自修复的弹性材料来解决上述问题。通常,为了实现弹性体的室温自修复,往往需要向分子链中引入动态性较好的非共价作用单元,如四重氢键等。同时,为了实现弹性体的高韧性,往往需要引入大量的非共价作用以提高体系在拉伸过程中的能量耗散,但是大量的非共价作用往往会限制高分子链段的运动,影响材料的室温修复性。
在此基础上,为实现高韧性弹性体材料室温下的自修复,近日,南京大学贾叙东教授、张秋红副教授团队和汪蓉教授团队合作,将四重氢键和聚轮烷同时引入到聚氨酯弹性体中,利用动态四重氢键作用和聚轮烷的滑环效应成功制备了具有高韧性(77.3 MJ/m3) 和室温自修复性质(室温24 h修复效率91%)的柔性基底材料(图1)。在该分子设计中,四重氢键快速的交换速率为材料提供了室温下的自修复性能。同时,聚轮烷可以通过环糊精在拉伸过程中的滑动行为来分散体系应力和耗散体系能量,从而进一步提高材料的韧性。
图1 基于四重氢键和分子滑轮的双重交联的高韧性和室温自修复性的弹性体的分子结构设计
图3. 四重氢键/聚轮烷双重交联弹性体优异力学性能的多尺度机理验证
总的来说,该工作为解决高韧性和室温自修复的矛盾,提出了一种新的解决策略,同时也为大应变下电阻不敏感的柔性可拉伸导体的制备提供了思路。
图4. 基于高韧性自修复弹性体的大应变不敏感导体的制备与测试
论文信息:Quadruple H-Bonding and Polyrotaxanes Dual Cross-linking Supramolecular Elastomer for High Toughness and Self-healing Conductors Supramolecular Elastomer for High Toughness and Self-healing Conductors
Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202305282
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202305282
- 斯坦福大学鲍哲南教授和新加坡南洋理工大学陈晓东教授:具有可拉伸,抗撕裂和自我修复的四重氢键交联超分子聚合物薄膜电极材料 2018-04-16
- 陕科大白阳团队《Small》:可用于水下传感的耐久型聚轮烷水凝胶传感器 2024-10-11
- 长春应化所张强研究员课题组与合作者《Adv. Mater.》: 拓扑水凝胶脑神经电极用于脑信号监测、神经调控和中风治疗 2023-12-06
- 浙江大学黄飞鹤/李光锋团队联合美国德州大学奥斯汀分校 Jonathan L. Sessler教授和浙江工业大学朱艺涵教授Science Advances: 配位硼氮键驱动自组装构筑聚轮烷单晶 2023-07-12
- 武汉大学施晓文教授课题组 Adv. Sci.:抗冲击水凝胶薄膜-基于牺牲胶束辅助取向策略 2024-10-11
- 东华大学武培怡/孙胜童/刘凯团队 Adv. Mater.:低迟滞、高韧超分子聚合物离子凝胶 2024-08-31
- 湖南工业大学经鑫教授课题组 AFM:高韧性、抗溶胀各向异性导电水凝胶 2024-08-27