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 自修復材料由于可以有效地延長材料的使用壽命、提高材料安全性以及減少廢棄物的產生，在航空、軍工、建筑以及工程等領域中有著重要應用而受到廣泛關注。經過多年的發展，自修復材料的研究已經從探索新類型和新機理走向了功能化和應用化。為了滿足實際應用中對材料強度的需求，開發具有優異機械性能的自修復材料成為目前的研究熱點。但是，對大多數自修復材料而言，優異的機械性能和自修復性能往往難以兼得。一般而言，具有較強化學鍵的材料其機械強度高，但是由于化學鍵的動態性和鏈的流動性差，難以實現自修復；基于較弱化學鍵的材料無需外界刺激便可實現自修復，但是材料力學強度低，難以應用。因此，如何設計合成出兼具優良力學性質和自修復性質的材料是一個極具挑戰性的難題

據報道，近年來，南京大學化學化工學院、配位化學國家重點實驗室李承輝副教授和左景林教授等與美國斯坦福大學鮑哲南教授合作在高強度自修復材料的研究中取得了系列進展。他們利用強弱配位鍵的結合，設計合成了高彈性的自修復材料（Nat. Chem., 2016, 6, 619-625）。通過高強度可逆硼氧鍵的引入，利用“少而精”的策略制備了一種水觸發的硬質自修復材料（Adv. Mater., 2016, 28, 8277；ZL201610299402.5）。同時，基于“積弱成強”的設計策略，他們還通過大量的羧基-Zn(II)弱配位作用制備了一種高強度的剛性自修復材料，該材料在3D打印和醫用外固定支架方面體現出了良好的應用前景（Nat. Commun., 2018, 9, 2725；ZL201610504231.5）。

最近，他們又通過在高分子鏈中引入熱力學穩定而動力學活潑的配位鍵，實現了高韌性材料的室溫自修復。通過分子設計，他們合成了一類基于雙亞胺鍵的變齒配體（Alterdentate Ligand，一類可向金屬離子提供一個以上等價配位點的配體）。該配體可以提供兩個配位等價的亞胺-N配位點，但是由于空間位阻作用，這兩個N原子無法同時和同一金屬離子進行配位，因此這兩個N原子的配位作用可以發生等價替換，發生分子內和分子間的交換作用，因此在動力學上是活潑的。同時，所制備的配合物有著較大的結合常數，因此在熱力學上是穩定的。通過將這一特殊配位作用引入到高分子中，制得了高韌性的室溫自修復材料，材料呈現出非常優秀的機械性質，其斷裂韌度達29.3 MJ m-3（為目前所報道的室溫自修復材料的最高值），同時可以在室溫下24 小時后實現完全自修復。

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制得一提的是，該材料在抗沖擊吸能材料方面有著其獨特的應用價值。吸能材料在日常生活中有著無可替代的重要意義，如保護交通事故中司機和乘客、保護高危運動中的運動員、保護意外撞擊下的精密儀器、保護戰爭中的士兵等。粘彈性聚合物由于具有重量輕、柔軟和高的吸能效率，成為了吸能材料的理想選擇。粘彈性聚合物吸能效果的實現主要得益于粘性形變和鍵斷裂時對能量的吸收。本研究中所制備的高分子材料是一種高韌性的粘彈性材料，在受到外力拉伸后，將會發生鍵的交換作用，產生相應的形變，從而吸收外部的能量。循環應力-應變測試結果顯示，該材料的能量吸收效率高達90%，在現有吸能材料中實屬罕見。該材料呈現出優異的成膜性，可涂覆在大部分物質的表面。通過“浸漬和干燥”的方法，將該聚合物涂覆于海綿泡沫的表面，制得了兼具彈性和粘性性能的復合吸能海綿，其吸能效率為常規海綿的4倍。得益于聚合物優異的室溫修復性能，該復合海綿的能量吸收能力可在2小時內恢復。該材料在車輛碰撞保護、運動服裝和頭盔、防震墊和裝甲服等領域有著良好的應用前景。

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該工作以“Thermodynamically stable whilst kinetically labile coordination bonds lead to strong and tough self-healing polymers”為題，發表在Nat. Commun., 2019, 10: 1164上。賴建誠博士為論文第一作者，李承輝副教授、左景林教授和美國斯坦福大學的鮑哲南教授為該論文的通訊作者，鄭鵬教授及其博士生鄧逸冰進行了單分子力譜方面的研究工作。以上研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金和博士后創新人才支持計劃等經費的資助。