《先进材料》报道南京大学在高强度自修复材料方面的研究成果

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南京大学化学化工学院、配位化学国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心游效曾教授研究团队李承辉副教授在高强度自修复材料方面取得重要进展，相关成果以"A Stiff and Healable Polymer Based on Dynamic-Covalent Boroxine Bonds"为题，发表在国际著名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上（2016年7月8日在线发表，DOI: 10.1002/adma.201602332）。南京大学博士研究生赖建诚为论文第一作者，李承辉副教授、游效曾教授和斯坦福大学化学工程系鲍哲南教授为通讯作者。

自修复材料是近十几年来兴起的一种新型智能材料。它可以实现对材料损伤的自发检测和修复，从而可以预防材料由于产生微观损伤而存在的潜在破坏，在日常生活中有着重要的应用。对大部分自修复材料而言，材料的力学性质和自修复性质是难以兼顾的，通常力学性质好（即强度大）的材料很难有自修复性质，而自修复性质好的材料通常都比较软，缺乏使用价值。如何通过化学设计得到得到力学性质和自修复性质都比较好的材料是目前自修复材料研究的重要挑战之一。
该团队利用动态硼-氧（B-O）共价键体系设计合成了一种高强度的自修复材料，这一材料可以通过水分子的引入和移除来调控硼氧六环（Boroxine）和硼酸（Boronic acid）间的平衡，从而实现自修复的目的。利用硼氧六环（Boroxine）的结构特性，通过与聚合物分子进行交联，得到三维网络结构的聚合物。由于共价键的高强度以及高分子材料的低密度性质，所得到的自修复材料具备了强而轻的特性，其杨氏模量高达近200MPa，并且可以承受自身重量450倍的压力而不发生断裂。

图1 高强度自修复材料的结构与承重实验

值得一提的是，该材料还可用于制造可重复利用的强力胶。他们通过用这一强力胶粘结两块钢片，通过剪切拉伸测试，研究了其粘结性能。这一类强力胶，在固化24小时后的粘结强度高达7.5±0.4MPa，达到甚至超过商业化的101、502等强力胶的级别；将两块钢片分开再结合，在70℃下修复24小时后，粘结强度仍然高达5.7±0.4MPa。更有意义的是，根据硼-氧键的反应特性，该强力胶可以在乙醇水溶液的辅助下，使3D网络结构高分子降解成小分子量的单体分子，从而可以很轻易的将强力胶进行清除，而不留下痕迹。这种可重复利用的强力胶在日常生活中，以及在可移动假肢设备、转移印花、珠宝首饰、汽车及飞机组装等领域有着广阔的应用前景。

图2 可重复利用的强力胶

该工作得到科技部重大研究计划、国家自然科学基金、江苏省科技厅基金等项目的支持。

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来源：南京大学

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