在各种超分子相互作用中,氢键由于其动态性、强度可调性和对外部刺激的响应性,已成为发展自愈聚合物最具吸引力的方向之一。虽然单个氢键的强度不足以诱导超分子自组装行为,但当多个氢键排列形成氢键阵列时,方向性和强度都可以增加。此外,当聚合物的内部结构提供足够数量的氢键相互作用时,复合材料通常可以同时具有自愈性和机械强度。因此,设计具有良好的氢键自愈能力的自愈聚合物成为近年来的研究热点。因此,该综述首先广泛讨论了基于不同氢键类型的高性能自愈合聚合物的研究进展和设计策略,强调了操纵氢键相互作用的重要性。
【H-Bonding Motifs】
图4:UPy在链端
【Excessive H-bonding】
图6:均相体系
【氢键交联自愈聚合物的电子应用】
图9:自愈柔性传感装置
【结论与展望】
很明显,在过去的几十年里,人们对基于氢键的自愈聚合物进行了越来越多的研究。然而,这一领域还远未成熟。首先,这些聚合物通常需要复杂的合成途径,部分涉及大量的有机溶剂,这不仅限制了它们的可扩展制备,而且对未来的全球环境可持续性造成不可逆转的损害。因此,未来应进一步探索使用绿色、生物友好型材料和简单合成工艺的自愈聚合物。其次,基于氢键的自愈聚合物的另一个缺点是氢键容易受到水分子的影响,导致机械强度逐渐下降,甚至在高湿条件下失去自愈能力。因此,设计和开发可逆的、坚固的键合水下自愈聚合物,以及如何在自愈聚合物中引入键合仍然是一个长期的问题。第三,目前许多研究只关注自愈聚合物的合成及其自愈性能的表征,只有少数研究试图推导出氢键簇分布/拓扑与力学/自愈性能之间的一致和定量关系。因此,迫切需要更深入地了解自愈聚合物的结构-性能关系,以探索更先进的“智能”自愈聚合物。
就可自我修复的电子设备而言,一个重大的挑战是平衡和优化不同应用的多种特性。对于能量转换/存储设备,通过在摩擦层、粘合剂、电极和电解质的设计中应用自愈合概念,已经成功地展示了自愈合纳米摩擦发电机、钙钛矿太阳能电池、锂离子电池和超级电容器。然而,应该指出的是,迄今为止报道的大多数自愈聚合物距离实际应用还很远。具体来说,大多数自愈聚合物需要热等外部能量来触发或加速愈合过程,这在设备的实际运行中很难实现。因此,开发能够在温和条件或室温下实现自愈的高分子材料是非常可取的。此外,另一个挑战在于设计具有合适自愈能力的自愈聚合物,同时具有高导电性,这无疑是未来自愈电子的主要研究方向。另外,由于需要更多的合成步骤和化学改性过程,用于储能转换/设备的自愈聚合物通常比商用聚合物更昂贵。进一步缩短商业化进程,降低制造成本,同时保证高性能也是迫切需要解决的关键问题。
全文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh00236e/unauth
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