自修復高分子材料是目前高分子科研領域的大熱門，人們希望材料可以像生物組織一樣具有破損后逐漸修復的功能，以提高材料的使用壽命。目前，構筑高分子材料主要有兩種方法：（1）在高分子材料基底中包埋修復試劑，典型的體系如微膠囊和微脈管；（2）利用可逆的動態共價反應或者超分子作用。為了實現較好的自修復效果，良好的高分子鏈流動性是重要的影響因素，因此當前的自修復高分子主要局限于軟質或者可伸展型高分子材料，但是，作為建筑、航空航天等諸多領域中有著重要價值的硬質高分子，自修復功能實現起來則要困難許多。

    南京大學李承輝、游效曾院士與斯坦福大學的鮑哲南課題組合作，實現了一種硬質高分子材料的自修復，該項研究結果發表在《Advanced Materials》。

    新基團，新材料

    該研究使用的高分子材料為交聯的PDMS（聚二甲基硅氧烷），為了使材料獲得硬的性質，研究者在PDMS網絡中引入了硼氧六環基團。

    （使用氨基封端的PDMS與三官能度單體 Aryl-Boroxine 進行交聯反應得到交聯材料的拉伸模量為182±15.8 MPa,壓縮模量為142±9.8 Mpa，是一種硬而強的材料）

    而硼氧六環的引入則是該體系的關鍵。在無水狀態下，三個苯硼酸基團可以形成硼氧六環，以此維持材料的交聯狀態，而一旦引入水，硼氧六環基團傾向于解開，因此可以利用硼氧六環基團與水的動態共價反應實現材料的自修復。將溫度提高到70 ℃可以讓材料在修復的過程中發生一定的軟化，提高鏈的流動性，因此可進一步地提高修復效果。

    （修復過程機理）

    那么，修復效果怎么樣呢？結果表示，70℃下修復效率可以超過50%， 5h即可達到95%，12h后，幾乎完全恢復。

    （圖a：四個平行試樣的應力-應變曲線；圖b：修復性能對修復時間的依賴性；圖c：切割后與修復后的電鏡對比；圖d：原始試樣可以承受自重450倍的重量，切割后修復的樣條依舊可以承受該重量。）

    多樣應用

    這種材料不僅作為一種本體材料來使用，它還可以作為可以重復使用的粘合劑。經過優化處理后的粘結力值可以達到7.5MPa，這已經可以和市面上的氰基丙烯酸酯類或者環氧樹脂類粘合劑相媲美。利用自修復的性質，即便粘結表面被破壞，將其浸水并高溫固化后即可很大程度上恢復粘結力，以此得到重復使用。

    （圖a：不同溫度與固化時間對于粘結力的影響；圖b：用此類聚合物粘合的打磨鋼可以輕松承受約28kg的重量。）

    除此之外，研究者還將這類材料與銀納米線復合得到導體材料來使用，也取得了不錯了效果。

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責任編輯：王元

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