南京大學化學化工學院、配位化學國家重點實驗室、人工微結(jié)構(gòu)科學與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心游效曾教授研究團隊李承輝副教授在高強度自修復材料方面取得重要進展，相關(guān)成果以"A Stiff and Healable Polymer Based on Dynamic-Covalent Boroxine Bonds"為題，發(fā)表在國際著名期刊《先進材料》（Advanced Materials）上（2016年7月8日在線發(fā)表，DOI: 10.1002/adma.201602332）。南京大學博士研究生賴建誠為論文第一作者，李承輝副教授、游效曾教授和斯坦福大學化學工程系鮑哲南教授為通訊作者。
自修復材料是近十幾年來興起的一種新型智能材料。它可以實現(xiàn)對材料損傷的自發(fā)檢測和修復，從而可以預防材料由于產(chǎn)生微觀損傷而存在的潛在破壞，在日常生活中有著重要的應用。對大部分自修復材料而言，材料的力學性質(zhì)和自修復性質(zhì)是難以兼顧的，通常力學性質(zhì)好（即強度大）的材料很難有自修復性質(zhì)，而自修復性質(zhì)好的材料通常都比較軟，缺乏使用價值。如何通過化學設(shè)計得到得到力學性質(zhì)和自修復性質(zhì)都比較好的材料是目前自修復材料研究的重要挑戰(zhàn)之一。
該團隊利用動態(tài)硼-氧（B-O）共價鍵體系設(shè)計合成了一種高強度的自修復材料，這一材料可以通過水分子的引入和移除來調(diào)控硼氧六環(huán)（Boroxine）和硼酸（Boronic acid）間的平衡，從而實現(xiàn)自修復的目的。利用硼氧六環(huán)（Boroxine）的結(jié)構(gòu)特性，通過與聚合物分子進行交聯(lián)，得到三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物。由于共價鍵的高強度以及高分子材料的低密度性質(zhì)，所得到的自修復材料具備了強而輕的特性，其楊氏模量高達近200MPa，并且可以承受自身重量450倍的壓力而不發(fā)生斷裂。
圖1 高強度自修復材料的結(jié)構(gòu)與承重實驗
值得一提的是，該材料還可用于制造可重復利用的強力膠。他們通過用這一強力膠粘結(jié)兩塊鋼片，通過剪切拉伸測試，研究了其粘結(jié)性能。這一類強力膠，在固化24小時后的粘結(jié)強度高達7.5±0.4MPa，達到甚至超過商業(yè)化的101、502等強力膠的級別；將兩塊鋼片分開再結(jié)合，在70℃下修復24小時后，粘結(jié)強度仍然高達5.7±0.4MPa。更有意義的是，根據(jù)硼-氧鍵的反應特性，該強力膠可以在乙醇水溶液的輔助下，使3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高分子降解成小分子量的單體分子，從而可以很輕易的將強力膠進行清除，而不留下痕跡。這種可重復利用的強力膠在日常生活中，以及在可移動假肢設(shè)備、轉(zhuǎn)移印花、珠寶首飾、汽車及飛機組裝等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。
圖2 可重復利用的強力膠
該工作得到科技部重大研究計劃、國家自然科學基金、江蘇省科技廳基金等項目的支持。
原文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201602332/full- 南京林業(yè)大學/武漢大學/中國林科院《Nat. Commun.》：可快速、大規(guī)模制備的高強度、耐水耐溶劑、可降解回收纖維素紙塑材料 2025-07-18
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