广东工业大学刘晓暄教授团队开发了一种新型的可修复水性聚氨酯弹性体

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广东工业大学刘晓暄教授高分子光化学团队近日在期刊《Journal of Materials Chemistry C》上发表了题为“A Healable Waterborne Polyurethane Synergistically Cross-Linked by Hydrogen Bonds and Covalent Bonds for Composite Conductor”的期刊论文。论文的第一作者为广东工业大学博士生杨妍，通讯作者为刘晓暄教授。

Fig. 1 自修复树脂的分子设计及乳液图片

在现今研究中，具有高机械强度和出色自我修复能力的弹性体材料可用作电子皮肤，软机器人和电气设备中的基材。然而，同时增强弹性体的机械和自愈特性仍然是巨大的挑战，因为聚合物材料的自愈能力通常是其机械强度的对抗剂。在这里，研究人员使用双网（DN）结构系统开发了一种新型的可修复水性聚氨酯弹性体。在DN体系中，通过可光固化的双键获得了松散的化学交联网络，起着稳固的分子骨架的作用并保持了聚合物的弹性。同时，由脲基嘧啶酮（UPy）单元的四重氢键产生的物理交联，不仅能够在断裂后实现快速的重整，而且能够将应变能作为弱的动态键消散，从而赋予弹性体以优异的自修复性能力和高拉伸性。通过合理的分子设计，合成的弹性体显示出优异的性能，包括高拉伸应力，高拉伸性，出色的回弹性和自修复能力。

通过光学显微镜探究了带有划痕的固化膜在各种时间和温度下的自修复行为。研究结果表明，随着温度的升高，自愈效率提高。在80°C下加热24 h后，划痕明显消失，但仍有痕迹。而在短时间内升高温度后，划痕可以完全被治愈。这是因为加热时由UPy和其他氢键基团形成的物理交联网络的解离加速。此时，分子片段移动得更快。因此可通过分子链的扩散和重排来修复裂缝，并且在冷却后在受损区域中形成新的物理交联网络。此外，修复后的拉伸性能如图所示，其显示了与光学显微镜相似的结果，即材料的修复行为与修复时施加的温度或时间成正比关系。

Fig. 2 材料修复性能的表征

以该树脂为基材，通过复合导电填料制备得到具有出色的导电性能和独特的机械性能。该复合导体具有许多非常理想的参数，包括高柔韧性，出色的自修复性和强界面粘合性。此外，通过成功检测手指或肘部弯曲的生物信号，表明复合导体可用作人体皮肤上的柔性传感器，这也说明本文制备得到的复合导体在制造下一代可穿戴和植入式电子产品方面具有潜在的发展前景。

Fig. 3 复合导体用于人体检测的表征

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/tc/d0tc00551g#!divAbstract

作者所在课题组的主研方向为高分子光化学，包括巯基-烯光点击化学、3D打印弹性体、3D打印自修复材料和多功能光引发剂，相关成果发表在《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》等该领域国际主流TOP期刊上。

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