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“如何將優異的機械性能和光學性能集中在同一種合成材料上,是長期存在的挑戰。”
作者:Claire編輯:tuya出品:財經涂鴉(ID:caijingtuya) 高性能聚合物在儲能、船舶防腐涂料、智能顯示器、柔性傳感器等高科技領域擁有巨大的應用前景。然而,到目前為止,一直很難找到兼具優異機械性能(如韌性、剛度和抗裂性)、摩擦電、快速自愈能力以及光學或電學性能的聚合物。 中國科學院寧波材料技術與工程研究所(NIMTE)海洋新材料與應用技術重點實驗室納米復合工程材料團隊,提出了一種新的受神經元軸突結構啟發的三臂結構遙爪型(telechelic)納米結構聚合物。該遙爪型聚合物具有很好的物理和機械性能,可以同時滿足高剛度、快速自愈能力、高粘附性等要求,還可以發射熒光。 該研究成果發表在7月1日的Advanced Functional Materials雜志上,題為“神經元啟發的全能萬能遠旋聚脲具有高剛度,優異的抗裂性,高附著力,優異的摩擦電性和AIE熒光”(Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence)。 這種新型遙爪聚合物帶有三臂結構,每條臂的的長度都可以在很小的范圍內被調節,以減小纏結密度(entanglement density),從而提高自修復效率。與此同時,各臂上固定有較寬的尿素基團(urea groups),以構建一個模擬神經元網絡的多層氫鍵網絡。通過固定臂的長度,可以以一種簡單的方式調節聚合物的機械性能。 該遙爪聚合物的力學性能優異,強度為22.5 MPa,剛度為97.9 MPa,斷裂伸長率為1470%,抗缺口為187 kJ m-2,韌性為159.3 MJ m-3。該聚合物也擁有良好的快速自愈能力。經過30分鐘的自愈,該聚合物韌性可恢復到92%。 較寬的氫鍵使聚合物具有良好的粘接性能,拉剪強度(lap-shear strength)可達20.7 MPa,這是已報道的熱熔膠的拉剪強度最高值。該遙爪聚合物在多種水環境中具有良好的穩定性,使其在水下黏附和水下封裝領域具有潛在應用前景。 此外,遙爪聚合物可以帶正電,與銅摩擦后具有較高的開路電壓。其開路電壓VOC與常用的摩擦起負電材料聚四氟乙烯(PTFE)相當,可以很好地補充摩擦起正電材料。 在365 nm紫外光照射下,由于叔胺基團(tertiary amine groups)的AIE作用,該遙爪聚合物具有發射藍色熒光的潛力。這一特質使其在水下防偽領域具有潛力。 |