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ACS Appl. Mater. Interfaces｜能夠自愈毫米級切口損傷的透明聚合物膜

2018-04-20 10:09:50 作者：本網整理來源：材料前沿科技分享至：

引言

透明聚合物薄膜在電子和光學設備中作為保護層和功能層是必不可少的。在日常使用過程中，透明聚合物薄膜會因磨損，切割或撞擊而受損，從而導致圖像模糊并降低透明度。因此，增強其堅固性和耐劃傷性，同時保持良好的透明度，是制備透明聚合物膜最具挑戰性的方面之一。雖然可以通過加入無機納米填料或剛性鏈聚合物來加強透明聚合物薄膜的堅固性，但長期使用后薄膜上仍不可避免地出現劃痕。此外，增強透明聚合物薄膜的堅固性極大地挑戰了損傷三維的修復和替換。考慮到上述事實，開發一種提高透明聚合物膜耐久性的替代方法是非常可取的，但仍然是一個很大的挑戰。

受自然界中可自我修復受損組織及功能的活生物體的啟發，科學家們成功制造了能夠修復損壞的人造自愈材料，以延長各種材料（如混凝土，金屬，塑料等）使用壽命并提高其可靠性。根據愈合過程中是否需要外部愈合組分，自愈材料可以分為外在和內在自愈材料。目前新興的自修復材料，其關注的焦點一般在于能夠自修復的防霧、耐腐、超疏水或導電材料。尤其是透明薄膜，其與自愈能力的結合為增加透明薄膜耐用性提供了新的有效手段。

主要內容

大量研究表明，聚合物鏈分子間相互作用的強度極大影響自修復材料的愈合效率。吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室李洋教授等通過靜電相互作用將氫鍵單元結合到兩性離子聚合物膜中，制備出能夠修復毫米級切口的透明聚合物膜。當膜由于氫鍵和靜電相互作用的可逆性而吸水時，所得膜中的分子間相互作用大大降低，從而促進了膜材料的流動性。因此，透明膜能夠愈合7.9毫米寬的切口并在暴露于水后恢復其受損的透明度。由于氫鍵相互作用的強度較弱，當膜吸水時，透明膜的分子間相互作用大大減弱，從而極大提高膜材料的流動性，利于薄膜材料輸送到受損區域，致使薄膜上的毫米級切割可以完全愈合。此外，由于兩性離子聚合物膜與水具有較強結合能力，通過水洗亦可以容易地除去其干膜上的油垢。

圖文賞析

圖1.（a）MSA和AMPS的化學結構；（b）TiO2NP催化凝膠化過程示意圖；（c）可固化的透明PMSA-co-AMPS n膜的制造過程示意圖。

圖2.（a）作為混合物溶液體積函數的PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2膜厚度；PMSA-co-AMPS0.1薄膜（b）頂視圖和（c）橫截面SEM圖像；（d）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜的透射光譜，插圖顯示了PMSA-co-AMPS0.1膜的照片圖像；（e）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-coAMPS0.2薄膜的FTIR光譜；（f）40％RH環境下PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜的楊氏模量。

圖3在90％相對濕度環境中PMSA-co-AMPS0.1的（1）劃傷膜和（2）愈合30分鐘之后膜的（a）AFM和（b）光學圖像；（c）PMSA-co-AMPS0.1薄膜制備狀態（黑色），劃痕狀態（藍色）和愈合狀態（紅色）的透射光譜；（d）PMSA膜，（e）PMSA-co-AMPS0.1膜和（f）PMSA-co-AMPS0.2膜在劃傷前后的的光學顯微鏡圖像。

圖4. 在90％RH環境中劃傷的（a，b）PMSA-co-AMPS0.1，（c，d）PMSA-co-AMPS0.2和（e，f）PMSA薄膜在愈合之前（a，c，e）和愈合之后（b，d，f）的光學圖像（左）和顯微鏡圖像（右）；（g）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜上可完全愈合的劃痕的最大寬度。

圖5.（a）40％RH環境下PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜上愈合區域的楊氏模量；（b）70％RH環境下PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜的楊氏模量；（c）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2濕膜的儲能模量。