北京化工大学胡君教授团队 Small：高机械鲁棒性的本征荧光弹性体用以制备拉胀复合材料

2024-05-06 来源：高分子科技

力学性能优异的荧光弹性体在智能显示器、柔性传感器和超材料等领域具有广阔的应用前景。然而荧光弹性体主要是通过掺杂荧光组分或将发色团偶联到聚合物网络中来制备，这通常会对机械性能产生不利影响，也使大规模生产变得困难。针对这一问题，北京化工大学胡君教授课题组受天然生物体中富含杂原子的微相分离结构的启发，通过硬域动态增强策略将大量酰基氨基脲单元引入到软段之间，形成密集氢键聚集的微相分离结构，制备了一种高机械鲁棒性的本征荧光聚氨酯弹性体（图1）。基于其良好的机械性能、本征荧光和氢键促进的界面结合能力，经图案化切割得到的弹性体拉胀骨架不仅可以有效地承受载荷，还可以与填充基体形成稳定的界面结合，制备出一体化荧光拉胀复合材料。

图1本征荧光弹性体的化学结构和微观结构示意图

制备的弹性体表现出优异的力学性能，其断裂强度~87.2 MPa、断裂伸长率~1797%和断裂韧性~678.4 MJ m^?3。断裂时的真实应力甚至高达1.65 GPa，与天然蜘蛛丝相当（图2）。在拉伸形变过程中，氢键域的重新定向、变形和解离以及聚合物链的滑移等协同耗散能量，赋予弹性体极高的断裂强度和韧性。此外，得益于硬相中密集氢键诱导的富电子团簇的空间共轭，弹性体展现出本征青色荧光。氢键的动态解离和重组对富电子团簇聚集的减弱和促进作用使荧光强度具有可逆变化特性，可以实时监测弹性体的微相分离情况。

图2本征荧光弹性体的力学性能和荧光性能

基于其良好的机械性能、本征荧光和氢键促进的界面结合能力，该荧光弹性体可以作为拉胀骨架用于制备一体化荧光拉胀复合材料（图3）。基质预聚液的渗透作用以及骨架和基质之间的氢键作用使得拉胀复合材料没有尖锐的软硬界面，是连续一体化的固体材料。与单独的拉胀骨架相比，拉胀复合材料能够在大形变范围内具有负泊松比效应，保持拉胀特性，并且基质的引入能有效传递拉胀骨架上的应力，避免应力集中，促进能量耗散。本征荧光还使得复合材料的拉胀形变在紫外光下可视化。本研究为开发具有高力学性能的荧光弹性体以及一体化拉胀超材料提供了一种新途径。

图3一体化荧光拉胀复合材料的力学性能和拉胀性能

该工作于2024年4月以“Mechanically Ultra-Robust Fluorescent Elastomer for Elaborating Auxetic Composite”为题发表于Small。第一作者为北京化工大学软物质高精尖中心博士生李佳伟，通讯作者为北京化工大学胡君教授。本研究工作得到北京市自然科学基金的支持，感谢所有合作者对本研究工作的贡献。

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.

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202402130

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（责任编辑：xu）

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