寧波材料所在多功能遙爪型納米材料領(lǐng)域取得進(jìn)展
具有優(yōu)異力學(xué)性能、快速自修復(fù)能力、摩擦起電性甚至特殊光學(xué)性質(zhì)的納米材料在眾多的領(lǐng)域特別是海洋領(lǐng)域如海洋防污、防腐涂層，水下儲(chǔ)能、水下封裝、柔性傳感、智能顯示等集成型高科技產(chǎn)業(yè)中顯示出巨大的應(yīng)用前景。但由于這些優(yōu)點(diǎn)通常源自不同的分子機(jī)制，因此將它們同時(shí)集成到一種合成材料中是一個(gè)長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室納米復(fù)合工程材料團(tuán)隊(duì)陳海明副研究員、茅東升研究員等人，受神經(jīng)元軸突結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，合成了一種三臂結(jié)構(gòu)的遙爪型納米結(jié)構(gòu)聚合物。該聚合物可以同時(shí)滿足優(yōu)異力學(xué)、快速自修復(fù)、摩擦起電和顯示熒光的特性。通過(guò)在該遙爪型納米材料的每條臂中嵌入大量脲基，構(gòu)建了多級(jí)氫鍵網(wǎng)絡(luò)，來(lái)模擬神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)縮短每條臂長(zhǎng)度，減弱分子鏈纏結(jié)，從而極大提高了自修復(fù)速率。研究表明，僅需調(diào)整體系氫鍵密度和分子臂長(zhǎng)度，即可輕松實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)材料宏觀多種性能的調(diào)控。最終，該納米聚合物展現(xiàn)出優(yōu)異的彈性模量（97.9MPa）、強(qiáng)度（22.5MPa）、斷裂伸長(zhǎng)率（1470%）、韌性（159.3MJ/m3），以及良好的抗缺口性能（187kJ/m2）和快速自修復(fù)能力（92%，0.5h）。同時(shí)，大量的氫鍵賦予材料良好的粘接能力，與鐵板的搭接剪切強(qiáng)度可達(dá)20.7MPa。在去離子水、鹽水、有機(jī)溶劑等多種環(huán)境中均表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，在水下封裝和水下黏附領(lǐng)域具有重大的潛在應(yīng)用前景。據(jù)了解，這是目前所報(bào)道熱熔膠粘結(jié)強(qiáng)度的最高值。
此外，這種遙爪型納米材料在與銅板接觸分離時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦起正電行為，其開(kāi)路電壓VOC與常用的摩擦起負(fù)電材料聚四氟乙烯（PTFE）相當(dāng)，可以很好地補(bǔ)充摩擦起正電材料。更有趣的是，在這種類固體聚合物中觀察到了聚集誘導(dǎo)發(fā)光的熒光現(xiàn)象，這使其在水下防偽領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。這項(xiàng)工作極大地豐富了高性能、多用途納米材料的設(shè)計(jì)思路，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)工作以“Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence”為題發(fā)表在最新一期的Advanced Functional Materials（文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202204263 DOI：10.1002/adfm.202204263）。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52103014）、浙江省領(lǐng)軍型創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2021R01005）以及寧波市“甬江引才計(jì)劃”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2021A-045-C）等項(xiàng)目的支持。
圖 遙爪型納米聚合物的鏈結(jié)構(gòu)和應(yīng)用
?。êＱ髮?shí)驗(yàn)室 陳海明）