江南大学张丹/司鹏翔 Macromolecules: 室温自修复的玻璃态半结晶聚合物

2024-12-07 来源：高分子科技

玻璃态半结晶聚合物（硬质塑料、树脂等）具有高强度和高硬度，但由于分子链被冻结，破损后的室温自修复成为一大挑战。

图1. 通过离子聚集体实现半结晶玻璃态聚合物的室温自修复

近期，江南大学纺织科学与工程学院张丹教授/司鹏翔副教授和研究生（祝博文，童宇航）通过将离子聚集体掺入聚合物的无定形链段，实现了一种室温自主自修复的玻璃状半结晶聚合物。其结晶熔融温度为60 ℃，杨氏模量为1.7 GPa，25 ℃ 时储能模量为0.5 GPa在。通过使用小角 X 射线散（SAXS）、原子力显微镜（AFM）、动态机械分析（DMA）和宽带介电谱（BDS），我们揭示了离子聚集表现出具有低能垒的独立相和弛豫行为，使得在室温下断裂表面中相邻的无定形聚合物链能够松弛和重排。所得聚合物表现出室温自修复能力，在 4 小时内恢复的拉伸强度为 43.5 MPa，愈合效率为 97.5%。该工作以“Room temperature self-healable glassy semi-crystalline polymers via ionic aggregations” 为题发表在《Macromolecules》上。该研究得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的支持。

图2. 离子聚集体的表征

图3. 聚合物的热力学松弛

图4. 聚合物的介电松弛

图5. 聚合物的力学自修复性能及其在3D打印中的应用

该工作是团队近期关于室温自修复聚合物的最近研究进展之一。在过去几年中，团队司鹏翔老师利用离子聚集体制备了室温自修复弹性体（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. ）、自修复医用绷带（Si, P., Zou, J., Dou, Y., Zeng, Q., Wu, Y., Long, Z., ... & Zhang, D. (2025). Journal of Colloid and Interface Science, 678, 819-828.）、自修复仿生皮肤（Si, P., Zou, J., Wu, Y., Long, Z., Sun, M., Cholewinski, A., ... & Zhang, D.(2023). Small, 19(37), 2303304.）、自修复水凝胶（Wu, Y., Nie, Y., Long, Z., Si, P., & Zhang, D.(2022). ACS Applied Materials & Interfaces, 14(27), 31354-31362.）等，探索了自修复机理，拓展了自修复聚合物在柔性电子、生物医工领域的应用。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02387

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（责任编辑：xu）

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