近期，国际材料顶级期刊《Advanced Materials》陆续报道我校化学与化工学院傅佳骏团队关于自修复聚合物领域重要研究进展。
自修复聚合物材料属于仿生高分子材料，内部含有动态可逆化学键（如动态共价键）或超分子作用（如氢键、离子键），当材料受到损伤后，在无外界能量/物质介入的前提下，依靠断裂面的链段分子运动或拓扑结构重排，实现损伤自愈，恢复其结构和功能的完整性。该类材料应用前景极其广阔，与“双碳”战略高度契合，可以延长产品寿命，从源头减少废弃物和碳排放。尽管如此，该类材料要实现大规模工业化生产，仍然面临严峻挑战，主要包括：材料力学性能和自修复效率的固有矛盾、长期耐久性和稳定性存疑等。
2021年傅佳骏教授团队在德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 7947-7955)上首次合成报道了无色透明高模量室温自修复聚合物，解决了高模量与室温自修复的一对矛盾体，提出了氢键的次级松弛实现自修复的概念，拓展了本征自修复理论。但是这类材料还是很难实际工程引用，主要面临三大挑战：1.脆性问题：高密度无规堆积的氢键通过抑制聚合物链段运动可以获得高模量，但是同时带来了高脆性，材料的脆性断裂会引发灾难性事故；2.水汽敏感性：水汽分子可以作为氢键给体或者受体破坏高密度氢键交联中心，导致材料在大气环境中放置后机械性能会迅速退化；3.缺乏功能性：目前仍然缺乏有效策略赋予材料功能性。
图1.仿生复合材料制备示意图及性能展示
为了解决上述问题，受反贝壳结构增韧的启发，傅佳骏教授团队以前期制备的硬而室温自修复玻璃态聚氨酯(GPU)为“泥”组分，以氮化硼纳米片(BNNSs)为“砖”组分，利用溶剂诱导自组装策略在GPU聚合物网络内构建了三维层状互联BNNSs结构，成功制备了仿生纳米复合材料GPU-BNNSs。仿生结构的构建实现了材料刚度(弯曲模量提升6.6倍)、强度(弯曲强度提升14.4倍)、韧性(断裂韧性提升35.7倍)的同步大幅提升，尤为重要的是，将材料的脆性断裂转变为韧性断裂。仿生复合纳米材料保持室温自修复效果(24小时自修复效率95.8%)的同时，依靠BNNSs的抗水汽渗透性和导热特性，实现了复合材料耐湿性和高导热性的协同突破。相关成果以"Stiff yet Tough, Moisture-Tolerant, Room Temperature Self-Healing and Thermoconductive Biomimetic Nanocomposites"为题，发表在《Advanced Materials》上(https://doi.org/10.1002/adma.202507548)。傅佳骏教授为论文通讯作者，我校博士生陈骄阳和王东为论文共同第一作者。
图2.高柔性、高断裂韧性、自修复聚脲弹性体材料的设计与性能对比
柔性聚合物材料对可穿戴设备和软机器人等工程应用至关重要，在这些应用场景下，柔性聚合物需要具备自修复能力和高断裂韧性以防止裂纹扩展导致故障。但是，迄今为止，聚合物材料的高柔性、高断裂韧性和高自修复效率仍难以兼得。傅佳骏教授团队提出了一种创新且多功能的策略，通过反相乳液模板法设计封闭的微孔结构，有效解决了柔性自修复和高断裂韧性之间的固有矛盾。与传统增韧策略相比，这种方法不仅在断裂韧性和断裂内聚长度方面实现了显著提升，而且还在保持自修复动力学的同时显著提高了材料的机械柔性。该工作提出了一种全新的能量耗散机制，通过裂纹的自适应运动抵抗固有裂纹的横向扩展，诱导裂纹纵向偏转，从而将能量耗散范围扩展到材料的整个区域。这种策略不仅避免了额外填料或相结构
柔性和自修复性能的损害，而且使用的表面活性剂小分子在一定程度上起到了增塑剂的作用，促进了分子链的运动，提高了材料自修复速率，缩短了修复时间。这一突破性进展为柔性自修复材料的设计和应用提供了新的方向。相关成果"A Versatile Microporous Design toward Toughened yet Softened Self-Healing Materials"为题，发表在《Advanced Materials》上(https://doi.org/10.1002/adma.202410650)。徐建华副教授和傅佳骏教授为论文共同通讯作者，我校博士生孙扶瑶为第一作者。
该系列工作得到了国家自然科学基金(52202101、52272084、52072177、52572105)等项目资助。
