【成果簡介】

    自發修復損傷的能力，又被稱為自修復，是自然界中一個重要的生存特征。為了延長材料的使用壽命，減少浪費，合成自修復材料是非常有必要的。迄今為止，已經報道的自修復材料有兩類：（i）外在的自修復材料，必須要在其中（微膠囊或微血管網絡）預先埋入愈合劑；（ii）內在的自修復材料，可利用可逆共價鍵或動態的相互作用來修復裂紋。

    聚合物鏈的流動性是促進自修復的關鍵因素。只有當聚合物鏈可以沿聚合物/聚合物界面擴散時，聚合物基體才能被修復。因此，在剛性聚合物（分子鏈段的流動性減低）中，實現自修復成為了一項挑戰。目前的自修復材料多是具有足夠的聚合物鏈流動性的柔軟和/或可拉伸材料。由于在建筑行業、航空航天工程、防護涂層行業中，剛性的自修復材料可以用作高強度的質輕材料，因此，發展自修復的剛性材料是十分有必要的。

    環硼氧烷通常可用來制備動態共價鍵組件。環硼氧烷/硼酸的平衡可以通過溫度或路易斯堿或水的添加/去除很容易地實現，這就為自修復提供了一種機制。來自南京大學的李承輝研究團隊合成出一種含環硼氧烷的聚合物，它具有較好的強度、剛性，并且在水輔助時具有較好的自修復性。具體而言，他們通過使用動態共價環硼氧烷鍵將聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）鏈交聯使之形成三維網絡結構。制備所得樣品強度高、剛性好，可以承受超過其重量450倍的負荷。此外，在潤濕環境下，聚合物表面裸露的環硼氧烷會向游離狀態轉變，從而產生更豐富的游離硼酸，還會使PDMS鏈解交聯，進而增加分子鏈段的流動性（如圖1所示）。通過去除水可以實現這個過程的可逆進行，因此，在潤濕環境后再加熱，該聚合物可以實現完全自修復。在此之前，還從未有過一種聚合物可以將如此剛性和可修復性相結合。除上述成果外，研究人員還指出該聚合物還可用作可修復膠粘劑以及用于生產可修復半透明導體。

    【圖文導讀】

    圖一：a）PDMS—環硼氧烷的結構和動態過程；b）水輔助時的自修復過程。

    圖二：PDMS—環硼氧烷的機械性能和自修復特性。

    說明：

    a）PDMS—環硼氧烷拉伸應力應變曲線（插入圖給出了誤差允許范圍內四個樣品楊氏模量的平均值）；

    b）自修復PDMS–環硼氧烷在溫度為70°C時不同修復時間下的應力應變曲線；

    c）自修復PDMS–環硼氧烷膜在70°C下5h后自修復前（左圖）和自修復后（右）的顯微圖像；

    d）PDMS–環硼氧烷膜在70°C下5 h下自修復前（左圖）、后（右圖）的承重測試實驗。其中，培養皿的重量為12.77g。

    圖三：PDMS—環硼氧烷作為粘結劑時的性能研究。

    a）固化時間和溫度對于PDMS—環硼氧烷在打磨鋼材上搭接剪切附著力的影響；

    b）圖為用PDMS—環硼氧烷粘結的兩種打磨鋼材可以承受27.65kg的力（約為271N）。

    圖四：基于PDMS—環硼氧烷的可修復的半透明導體。

    說明：

    a）AgNW-聚合物復合導體的制備過程和模型圖。

    b）薄層電阻為12 Ω sq?1的半透明聚合物復合導體的照片。

    c）復合導體的表面掃描電子顯微鏡（SEM）圖（插圖為其橫截面的掃描電鏡圖像）

    d）復合導體電阻隨粘附周期的變化。