《Matter》报道我校关于仿生可修复复合材料的研究新进展

2021-07-21来源:化工学院作者:徐建华审核人:胡伟编辑:朱志飞阅读:18



受到生物体能够自主修复自身结构、性能和特定功能的启发,研究人员开发出了一系列基于超分子相互作用(如氢键、配位键、离子键等)的本征自/可修复聚合物材料。由于非共价相互作用在分子层面能够可逆地断裂结合,该类材料不仅具有理论上无限次的修复能力,而且其还能修复原有的功能,如导电、传感、抗腐蚀等。近年来,研究人员专注于开发具有高强度、高模量的可修复材料,这类材料在智能建筑、航空航天、汽车工业等高科技领域具有广阔的应用前景。然而,目前报道的基于超分子相互作用的刚性可修复材料都表现出脆性断裂的特征;简而言之,这类材料的断裂韧性很低,导致材料在使用过程中出现灾难性的断裂,从而引发严重的安全事故。显而易见,赋予这类材料一定的修复能力也会变得没有意义。


图: (A) 蜻蜓翅膀的实物图以及光学显微镜图片;(B) 仿蜻蜓翅膀微结构的复合材料的制备流程示意图;(C) 可修复聚合物和MXene纳米片的界面相互作用解析;(D-E) 仿生复合材料的内部微观结构表征;(F-G) XPS解析可修复聚合物和MXene纳米片间的界面氢键作用。

为了解决上述问题,近日,我校化学与化工学院傅佳骏教授联合四川大学傅强教授和吴凯副研究员通过定构加工的思路,在硬而脆的可修复聚合物基体中植入三维互联的仿蜻蜓翅膀微结构骨架,解决了刚性可修复材料脆性断裂的问题。与初始的材料相比,制备的仿生复合材料的综合力学性能有了显著提升;其刚度提高了3.8倍,强度提高了25.0倍,应变提高了7.9倍,断裂韧性则提高了54.3倍。此外,制备的仿生复合材料还具有快速的光控可修复性能、优异的热稳定性以及良好的电磁屏蔽能力,是一种多功能集成的坚韧复合材料,具有广阔的应用前景。

相关成果以“Dragonfly Wing-Inspired Architecture Makes a Stiff Yet Tough Healable Material”为题发表在Cell press在物质材料领域的旗舰期刊《Matter》上。我校为第一完成单位和通讯单位,我校17级博士研究生徐建华和18级硕士研究生柳童为第一作者。本论文研究工作获得国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、军委科技委基础加强项目、装发预研项目、中央高校基础研究基金等项目支持。

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