超分子聚合物作為一類獨(dú)特的動(dòng)態(tài)聚合物材料，在高性能彈性體、自修復(fù)材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近日，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院曲大輝教授研究團(tuán)隊(duì)在超分子自修復(fù)聚合物領(lǐng)域研究工作取得進(jìn)展，相關(guān)成果以研究論文形式在線發(fā)表于國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域著名期刊德國(guó)應(yīng)用化學(xué)Angew. Chem. Int. Ed. 。
在前期工作中，該課題組開拓出一種全新的聚合方法能夠?qū)⑻烊恍》肿恿蛐了嵋徊睫D(zhuǎn)化成高性能聚合物材料（Sci. Adv. 2018, 4, eaat8192; JACS, 2019, 141, 12804）。雖然這種無(wú)溶劑聚合方法制備的聚合物材料展現(xiàn)了高延展率和快速自修復(fù)性能，但是它的機(jī)械模量較低（僅81KPa），這無(wú)疑限制了其在高性能材料領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，高強(qiáng)度的彈性體往往導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的低動(dòng)態(tài)性，限制了其室溫自修復(fù)性能。因此，如何設(shè)計(jì)出兼具高強(qiáng)度和室溫自修復(fù)性能的彈性體材料是該類材料設(shè)計(jì)長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在原本體系和方法的基礎(chǔ)上，將鐵離子濃度提升至1%摩爾比，并且避免合成過程中從空氣中引入的水分子，能夠明顯提升聚合物的機(jī)械模量（超過60倍），并且良好保持該網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性，即展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械延展性和室溫自修復(fù)性能。通過X射線衍射、散射等技術(shù)證明，機(jī)械強(qiáng)度的大幅度提升源于高濃度鐵-羧基復(fù)合物在聚硫辛酸獨(dú)特的無(wú)溶劑聚合網(wǎng)絡(luò)中通過強(qiáng)庫(kù)侖力形成長(zhǎng)程無(wú)序的離子簇，即在原本三種動(dòng)態(tài)化學(xué)鍵的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入二級(jí)離子鍵交聯(lián)作用。得到的聚合網(wǎng)絡(luò)具有高楊氏模量（5.1 MPa），高機(jī)械延展性（超過6500%），室溫自修復(fù)（可以在水下進(jìn)行），可重復(fù)加工回收性等。該工作作為前期開創(chuàng)性工作的延伸，進(jìn)一步推動(dòng)了聚硫辛酸自修復(fù)聚合物的性能改善。該成果以“Toughening a Self-Healable Supramolecular Polymer by Ionic Cluster Enhanced Iron-Carboxylate Complexes”為題發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.。
該工作由博士生鄧媛昕、張琦博士在曲大輝教授的指導(dǎo)下完成，并得到了田禾院士、費(fèi)林加院士的悉心指導(dǎo)。相關(guān)同步輻射測(cè)試得到了上海光源BL19U2線站李娜博士的大力支持。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目、基礎(chǔ)科學(xué)中心、上海市重大科技專項(xiàng)以及華東理工大學(xué)張江樹優(yōu)博重點(diǎn)培育計(jì)劃等項(xiàng)目資金的支持。
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