廣東工業大學劉曉暄教授高分子光化學團隊近日在期刊《Journal of Materials Chemistry C》上發表了題為“A Healable Waterborne Polyurethane Synergistically Cross-Linked by Hydrogen Bonds and Covalent Bonds for Composite Conductor”的期刊論文。論文的第一作者為廣東工業大學博士生楊妍,通訊作者為劉曉暄教授。
Fig. 1 自修復樹脂的分子設計及乳液圖片
在現今研究中,具有高機械強度和出色自我修復能力的彈性體材料可用作電子皮膚,軟機器人和電氣設備中的基材。然而,同時增強彈性體的機械和自愈特性仍然是巨大的挑戰,因為聚合物材料的自愈能力通常是其機械強度的對抗劑。在這里,研究人員使用雙網(DN)結構系統開發了一種新型的可修復水性聚氨酯彈性體。在DN體系中,通過可光固化的雙鍵獲得了松散的化學交聯網絡,起著穩固的分子骨架的作用并保持了聚合物的彈性。同時,由脲基嘧啶酮(UPy)單元的四重氫鍵產生的物理交聯,不僅能夠在斷裂后實現快速的重整,而且能夠將應變能作為弱的動態鍵消散,從而賦予彈性體以優異的自修復性能力和高拉伸性。通過合理的分子設計,合成的彈性體顯示出優異的性能,包括高拉伸應力,高拉伸性,出色的回彈性和自修復能力。
通過光學顯微鏡探究了帶有劃痕的固化膜在各種時間和溫度下的自修復行為。研究結果表明,隨著溫度的升高,自愈效率提高。在80°C下加熱24 h后,劃痕明顯消失,但仍有痕跡。而在短時間內升高溫度后,劃痕可以完全被治愈。這是因為加熱時由UPy和其他氫鍵基團形成的物理交聯網絡的解離加速。此時,分子片段移動得更快。因此可通過分子鏈的擴散和重排來修復裂縫,并且在冷卻后在受損區域中形成新的物理交聯網絡。此外,修復后的拉伸性能如圖所示,其顯示了與光學顯微鏡相似的結果,即材料的修復行為與修復時施加的溫度或時間成正比關系。
Fig. 2 材料修復性能的表征
以該樹脂為基材,通過復合導電填料制備得到具有出色的導電性能和獨特的機械性能。該復合導體具有許多非常理想的參數,包括高柔韌性,出色的自修復性和強界面粘合性。此外,通過成功檢測手指或肘部彎曲的生物信號,表明復合導體可用作人體皮膚上的柔性傳感器,這也說明本文制備得到的復合導體在制造下一代可穿戴和植入式電子產品方面具有潛在的發展前景。
Fig. 3 復合導體用于人體檢測的表征
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/tc/d0tc00551g#!divAbstract
作者所在課題組的主研方向為高分子光化學,包括巰基-烯光點擊化學、3D打印彈性體、3D打印自修復材料和多功能光引發劑,相關成果發表在《Progress in Polymer Science》、《Journal of Materials Chemistry C》、《Chemical Engineering Journal》、《Polymer Chemistry》、《Langmuir》、《Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry》、《ChemPhotoChem》(Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - ChemPhotoChem)和《Progress in Organic Coatings》等該領域國際主流TOP期刊上。
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