華東理工大學曲大輝《德國應化》:在超分子自修復聚合物領域研究工作取得進展

超分子聚合物作為一類獨特的動態聚合物材料,在高性能彈性體、自修復材料等領域具有廣闊的應用前景。近日,華東理工大學化學與分子工程學院曲大輝教授研究團隊在超分子自修復聚合物領域研究工作取得進展,相關成果以研究論文形式在線發表於國際化學領域著名期刊德國應用化學Angew. Chem. Int. Ed.

華東理工大學曲大輝《德國應化》:在超分子自修復聚合物領域研究工作取得進展

在前期工作中,該課題組開拓出一種全新的聚合方法能夠將天然小分子硫辛酸一步轉化成高性能聚合物材料(Sci. Adv. 2018, 4, eaat8192; JACS, 2019, 141, 12804)。雖然這種無溶劑聚合方法制備的聚合物材料展現瞭高延展率和快速自修復性能,但是它的機械模量較低(僅81KPa),這無疑限制瞭其在高性能材料領域的應用。同時,高強度的彈性體往往導致網絡的低動態性,限制瞭其室溫自修復性能。因此,如何設計出兼具高強度和室溫自修復性能的彈性體材料是該類材料設計長期存在的挑戰。研究人員發現,在原本體系和方法的基礎上,將鐵離子濃度提升至1%摩爾比,並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械模量(超過60倍),並且良好保持該網絡的動態性,即展現出優異的機械延展性和室溫自修復性能。通過X射線衍射、散射等技術證明,機械強度的大幅度提升源於高濃度鐵-羧基復合物在聚硫辛酸獨特的無溶劑聚合網絡中通過強庫侖力形成長程無序的離子簇,即在原本三種動態化學鍵的基礎上進一步引入二級離子鍵交聯作用。得到的聚合網絡具有高楊氏模量(5.1 MPa)高機械延展性(超過6500%)室溫自修復(可以在水下進行)可重復加工回收性等。該工作作為前期開創性工作的延伸,進一步推動瞭聚硫辛酸自修復聚合物的性能改善。該成果以“Toughening a Self-Healable Supramolecular Polymer by Ionic Cluster Enhanced Iron-Carboxylate Complexes”為題發表於Angew. Chem. Int. Ed.

華東理工大學曲大輝《德國應化》:在超分子自修復聚合物領域研究工作取得進展

該工作由博士生鄧媛昕張琦博士曲大輝教授的指導下完成,並得到瞭田禾院士費林加院士的悉心指導。相關同步輻射測試得到瞭上海光源BL19U2線站李娜博士的大力支持。該研究工作得到瞭國傢自然科學基金委重大項目、基礎科學中心、上海市重大科技專項以及華東理工大學張江樹優博重點培育計劃等項目資金的支持。

文章鏈接:

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201913893

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