久久精品免费观看_欧美日韩精品电影_91看片一区_日日夜夜天天综合

 近年來，大量科研工作者投入精力開發自愈合彈性材料，其應用場景主要瞄準智能化柔性器件、電子皮膚、能量轉換器件等。這些應用對載體材料力學性能如拉伸強度、韌性、彈性回復等指標的要求并不高，通過合理運用動態共價鍵、非共價鍵以及交聯網絡調控即可實現。然而，自愈合彈性材料這一概念的運用不局限于上述領域，在車身防刮擦、真空胎抗穿刺-防瞬間失壓等應用場景也能發揮出特殊作用，這要求材料具有高強度、高韌性、低模量且大形變回彈性的力學特征和快速愈合能力。自愈合能力強烈依賴于動態鍵的交換能力和分子鏈運動能力，而剛性鏈段和強相互作用有助于提升強度。兩者相互矛盾的關系使得開發高強韌且能快速自愈合的彈性材料較為困難。

為解決這一問題，鄭州大學魏柳荷教授、李禹函副研究員團隊利用2,4-戊烷二酮二肟（PDO）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）生成的動態肟氨酯鍵賦予自愈合能力，通過改變兩者比例調控松散堆砌硬段相含量以誘導聚四氫呋喃醚二醇（PTMEG）軟段的應變誘導結晶（SIC）來實現同步增強增韌。得益于此，自愈合能力與增強增韌的矛盾得以規避，得到工程化的拉伸強度（29.5 MPa）和韌性（124.9 MJ/m3）、均衡的自愈合效率（70度12小時后以拉伸強度、斷裂伸長率和韌性計算均大于95%）、劃痕或拼接界面的快速修復（60秒吹風機熱風輔助），同時該材料具有優異的透明性、抗穿刺能力（穿刺能625 mJ）和大形變回彈性（400%）。該材料可通過噴涂或刷涂形成車身防護層和真空胎密封層，應用評價顯示其具有良好的適用性。相關研究以“Engineered self-healable elastomer with giant strength and toughness via phase regulation and mechano-responsive self-reinforcing”發表在Chemical Engineering Journal（doi: 10.1016/j.cej.2020.128300）。

圖1 聚肟氨酯彈性體的合成路線、性能對比及展示。

在本文中，我們圍繞動態肟氨酯鍵對比了三種硬段的綜合性能。如圖1所示，基于PDO和IPDI的彈性體具有明顯的應變硬化現象，而基于二甲基乙二醛肟（DMG）和/或4,4'-亞甲基雙異氰酸苯酯（MDI）彈性體的應變硬化相對弱化且提前出現。盡管有先前文獻報道利用DMG構建動態肟氨酯鍵來制備高強度自愈合彈性體（J. Mater. Chem. A 2018 6, 18154-18164和Adv. Mater. 2019, 31 1901402），但它的中心對稱結構使硬段相堆砌更為緊密，在拉伸過程中耗散能量的能力降低，導致PTMEG軟段鏈經歷解纏、取向并進入晶格形成的伸直鏈晶體數量有限，最終致使應變誘導結晶不明顯。對MDI而言，苯環的剛性和π-π堆疊特征也使得硬段相堆砌緊密，誘導應變結晶能力也變弱。PDO在結構上對稱性不如DMG，與高位阻的IDPI結合能構筑松散堆砌的硬段相。在拉伸過程中，硬段受外力時可耗散能量，發生一定程度的相解體，使軟段能充分解纏、取向重排進入晶格形成伸直鏈晶體，形成的晶體則充當新的物理交聯點，能極大地提升抵抗拉力的能力。得益于這種分子設計和硬段相調控的思路，該材料具有優異的強韌平衡特征。

圖2 聚氨酯彈性體的拉伸行為，以及應變誘導結晶行為的表征。

就愈合能力而言，傳統的評價方式是以單一參數計算，如拉伸強度和斷裂伸長率。本體系的彈性體具有明顯的應變誘導結晶行為，其拉伸強度會在較小范圍內出現大幅升高，因此以單一參數，尤其是斷裂伸長率來計算，會出現較大偏差。本研究首次采用拉伸強度、斷裂伸長率和韌性三個參數來綜合評價材料的自愈合能力。如圖2所示，室溫下的三種自愈合效率偏差較大，因為室溫不足以激發肟氨酯鍵的動態性，通過氫鍵重構修復的硬段相不足以抵抗達到應變硬化的應力。70度下的三種自愈合效率則均達到95%以上，客觀顯示了優異的自愈合能力。顯微鏡下觀察表明，劃痕或拼接界面經過吹風機熱風處理60秒即可完全愈合。

通過調節基于PDO和IPDI彈性體的硬段含量，可以發現自愈合能力隨硬段含量增加而發生一定程度減弱。對比三類彈性體的自愈合效率、強拉伸強度和韌性，PDO-IP2.5具有最佳的綜合性能。

圖3聚肟氨酯彈性體應用于車身防護層和真空胎密封層的應用評價。

本研究中的彈性體屬于線型聚肟氨酯，可通過熱塑成型，亦可通過溶液噴涂或刷涂成型。研究發現，將PDO-2.5噴涂于玻璃基材或刷涂于真空胎內壁，聚合物層均展現出優異的粘接性。鋒利刀片劃出的劃痕經熱風5分鐘處理，即可完全愈合，恢復至光滑平面。鋼釘刺入無密封層的真空胎，襯里被穿刺后，輪胎出現瞬間失壓。高速行駛的汽車輪胎被意外扎入尖銳物，如果輪胎胎壓瞬間降低，極易出現因行駛失控導致的交通事故。若真空胎內壁涂布有抗穿刺的密封層，則可有效避免瞬間失壓。當前僅有高檔轎車對真空胎涂布密封層，且這類密封層為聚烯烴類彈性體，不具備修復穿孔的能力，一旦密封層被刺破，昂貴的輪胎即被報廢。相比之下，本體系的聚肟氨酯做為密封層具有優越性。它不但能有效抵抗穿刺失壓，且即便穿孔也不會出現失壓，經熱風修復穿孔后，輪胎再次充氣后能保持較為恒定的胎壓。

論文的第一作者為鄭州大學化學學院的劉興江博士，共同通訊作者為鄭州大學化學學院魏柳荷教授和李禹函副研究員。感謝國家自然科學基金會、中國博士后科學基金會、鄭州市協同創新重大專項項目和鄭州市彈性密封材料重點實驗室對本工作的大力支持！