自愈合聚合物材料的研究进展Ⅰ.传统修复方法及热固性自愈合材料的制备和表征

自愈合聚合物材料是受自我修复生物体系的触发而发展的,这是一个新兴迷人的研究领域,可以明显拓宽聚合物材料的工作寿命和广泛应用的安全性.参考近年来的文献资料,文章着重介绍了传统的修复聚合物材料的方法,以及各种热固性自愈合材料的制备和表征,其中最主要的制备方法是中空纤维法和微胶囊法.     

具有自修复能力的聚合物材料

各项性能已经达到工程材料指标要求的聚合物材料，在使用过程中不可避免地会产生裂纹，进而在使用过程中包藏着隐患，直至丧失使用价值。裂纹的早期修复，特别是自修复是一个现实而重要的问题。本文介绍了两类修复机制，即共价键与非共价键愈合，重点分析了近年来按共价键机理愈合、具有自修复能力的聚合物材料的研究成果、优缺点及发展前景。     

基于聚合物复合物的自修复与可修复聚合物材料

聚合物材料在使用过程中受到损伤,就会丧失原有的力学强度和功能.修复功能能够延长聚合物材料的使用寿命、减少原料浪费并提高材料性能的可靠性.赋予聚合物材料修复性能是可持续发展社会对聚合物材料设计的重要需求.本文系统地介绍了本研究组发展的基于溶液中复合的聚合物复合物构筑自/可修复聚合物材料的方法,以及基于高密度的超分子可逆作用力及聚合物复合原位生成的纳米粒子的协同,解决聚合物复合材料的良好修复性能与高力学强度之间矛盾的策略.基于聚合物复合的方法,我们成功制备了聚合物凝胶、弹性体及高强度聚合物复合材料,并实现了上述修复材料在防雾、质子传导和传感等方面的功能.聚合物复合的方法为制备具有优异力学性能和功能的自/可修复聚合物材料提供了新思路.     

基于非共价键的本征型自修复聚合物材料及其应用

自修复材料作为一种拥有结构上自愈合能力的智能材料近年来得到了快速发展。具备自修复性能的聚合物材料主要包括外援型和本征型。由于本征型自修复聚合物材料具有潜在的自修复能力,且能实现多次修复,所以该领域对于本征型自修复聚合物材料的关注越来越多。由氢键、π-π堆积、疏水作用、离子作用和主客体作用等非共价键力形成的本征型自修复聚合物体系不需要或需要极少外界能量就能实现快速、高效修复。这将是实现节约能源,社会可持续发展的重要途径。本文以不同类型的非共价键为线索,综述了近年来基于非共价键的本征型自修复聚合物材料的发展及其应用,并展望了其未来的发展方向。     

锂离子电池自修复聚合物电解质的研究进展

自修复材料可以修复其在外界环境因素作用下产生的局部创伤或微裂纹,大大延长材料的使用寿命.将自修复聚合物作为固态聚合物电解质应用于锂离子电池,可以显著提高锂离子电池的循环稳定性和安全性,延长使用寿命.本文首先概述了自修复聚合物材料的发展历程和修复机理,然后按超分子相互作用和动态共价键分类总结了本征型自修复聚合物电解质应用于锂离子电池的研究进展,最后对自修复聚合物电解质存在的问题和未来的发展方向做出了展望,为下一代高安全性、高性能和长使用寿命的锂离子电池的研究提供借鉴.     

自修复聚合物材料的研究进展

针对聚合物材料在使用过程中难以检测的损伤,人们引入了自修复概念。本文就近年来自修复聚合物材料的研究进展作了系统综述。根据自修复过程是否使用修复剂,聚合物材料(包括聚合物基复合材料)的自修复可分为外援型和本征型两大类。外援型自修复借助于外加修复剂实现自修复,主要包括埋植微胶囊化修复剂和埋植中空纤维化修复剂两种方法。微裂纹的破坏使微胶囊或中空纤维释放修复剂,修复剂发生化学反应,键合裂纹面,达到自修复的效果。这种方法相对比较简单,修复效果较好,但不能重复进行,而且可选用的修复剂种类有限。本征型自修复则借助于体系内存在的Diels-Alder反应、动态共价化学、双硫键反应、含有氢键的超分子结构、π-π堆叠及离子聚合物等来完成,这些特殊的分子结构所涉及的化学反应是可逆的。本征型自修复聚合物材料的制备过程较为复杂,但这种自修复可以反复多次有效,从而延长了聚合物材料的使用寿命。本文针对以上两大类自修复聚合物材料体系的特点和应用进行综述,并展望其发展方向。     

超分子聚合物复合材料及其自愈合行为

超分子聚合物复合材料定义为纤维、填料等增强体均匀分散在超分子聚合物基体中的复合材料。根据超分子聚合物与增强体之间化学键连接的不同可分为三种类型:(1)无化学键;(2)共价键;(3)非共价键。超分子聚合物复合材料与分子聚合物复合材料共同组成了完整的聚合物复合材料体系。本文综述可自愈合的氢键、π-π堆叠和金属配位型超分子聚合物复合材料的研究进展。     

发光自愈合凝胶研究进展

生物体内广泛存在的自愈合现象是生物体维持正常生命功能的重要因素.作为一种柔性智能材料,自愈合凝胶因具有与生物体类似的可以修复受损的结构和功能的特性而受到了研究者们越来越多的关注.近年来,多功能柔性材料的兴起对自愈合凝胶的性能提出了更高的要求,也为设计新型自愈合凝胶材料提出了更大的挑战.赋予自愈合凝胶发光性能有助于推动柔性材料在生物医学(生物成像、药物运输及生物传感器等)和工程领域(光学开关、p H传感器和热传感器等)中的广泛应用,势必会引起研究者更多的关注.本文综述了发光自愈合凝胶的最新设计思路、性能和潜在应用,并展望其未来发展前景.     

微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料

微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料是近年来高分子科学界的研究热点之一。本文介绍了含有微胶囊聚合物复合材料自修复的概念和机理,综述了近5年来针对不同基体材料的微胶囊自修复研究情况,包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、纤维增强环氧树脂复合材料、弹性体以及聚甲基丙烯酸甲酯等基体材料。本文同时介绍了微胶囊的芯材和壁材、微胶囊的粒径、修复时间和压强等因素对复合材料自修复性能的影响,以及自修复效果的评价方法。最后对微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料的研究前景进行了展望。     

基于Diels-Alder反应的自修复聚合物材料

Diels-Alder(DA)反应是一类二烯和亲二烯体进行的[4+2]环加成反应。基于DA反应及其逆过程的自修复聚合物材料近年来在形状记忆材料、可修复涂层、药物输送以及电子封装等领域取得广泛应用。DA反应制备自修复聚合物时通常使用含呋喃基团的化合物或低聚体作为二烯,马来酰亚胺化合物作为亲二烯体。其它的二烯-亲二烯体系如蒽-马来酰亚胺和环戊二烯-双环戊二烯等也被报道用来做自修复材料。本文根据二烯和亲二烯体的不同结构,综述了基于DA反应的自修复聚合物材料研究进展及应用,并探讨了其潜在发展方向。     

光触发自修复聚合物研究进展

近几年,由于光触发自修复聚合物具有可控快速等优势,其在自修复聚合物领域中占据了重要的地位。光触发自修复聚合物实现自修复的方法主要分为3类,分别是基于光交联反应的自修复、基于光触发交换反应的自修复和基于光热效应的自修复。本文主要从光触发自修复聚合物的修复机制以及修复过程中涉及的化学本质两个方面,重点阐述了上述3类光触发自修复方法的最新研究进展,强调3种光触发自修复之间的联系和共同点。同时,对光触发自修复聚合物未来的发展前景进行了展望。     

基于超分子聚合物的自修复材料

材料的自修复功能对于材料应用具有重要的意义,如键组装/解组装常数、键的方向和链的弛豫时间等因素会影响自修复效率。根据提供修复功能的物质构成形式,可以分为外援型自修复材料和本征型自修复材料,其中本征型自修复材料是当前的热点方向,在本征型自修复材料中,超分子自修复材料以其独特的可逆性组装,以及在快速、可逆、多重响应方面的优势而成为研究重点。本文重点阐述了基于不同结合效应的超分子自修复聚合物的研究进展,并对今后的研究方向作了展望,认为材料的耐环境性能能否达标是未来能否获得应用的关键因素之一。     

自愈合凝胶:结构、性能及展望

作为一种高分子智能材料,自愈合凝胶在解决软材料损伤修复以及凝胶-生物体组织之间的界面接口问题,实现软材料智能化、高效化和环境友好化具有重要意义.近年来利用动态建构化学的基本原理,通过动态非共价键、可逆动态共价键相互作用,设计了一系列具有良好自愈合性能的新型凝胶材料.本文以物理型和化学型动态自愈合凝胶为例,综述了自愈合凝胶的分子设计思路、性能,并分析了影响自愈合性能因素,并对其未来的发展进行了展望.     

Diels-Alder反应在自修复聚合物材料中的研究进展

Diels-Alder(DA)反应是一类二烯体和亲二烯体进行的[4+2]环加成反应,由于其反应条件温和、无需催化剂且具备独特的热可逆性,成为自修复领域的研究热点。回顾了自修复聚合物材料的研究现状,重点介绍了DA反应在自修复材料中的应用情况,并根据所制备的含DA键聚合物的结构类型进行分类,综述了近年来该领域的研究进展,并对其研究前景进行了展望。     

聚合物基阻尼材料的结构设计及功能化研究进展

高性能及多功能化是聚合物基阻尼材料研究的重点.本文从聚合物的三维网络结构和微观结构设计角度综述了聚合物基阻尼材料的最新研究进展,包括梯度网络结构、超分子结构、悬挂链结构及轻质多孔结构.此外,总结了聚合物基阻尼材料的自修复、形状记忆和可回收等功能化研究进展,展望了聚合物阻尼材料的发展趋势及面临的挑战.     

导电自愈合材料的研究进展及应用

高分子导电材料既具有金属的导电性又具有有机材料般的柔顺可加工性,在军事、能源、生物化学传感器等方面应用广泛。然而,其在制造使用过程中一旦发生破坏,就会造成电气元件的性能故障,甚至造成整个系统的瘫痪和报废。自愈合是人们模仿生物体损伤愈合的概念,解决材料损伤,延长材料使用寿命的新方法。本文综述了自愈合导电材料研究领域的最新动态,讨论了自愈合的机理和材料的制备方法,最后介绍了导电自愈合材料在超级电容器和电传感等方面的应用前景。我们相信导电自愈合材料的理论和应用研究会进一步推动电子器件领域的快速发展。     

兼具导热和自修复功能的聚合物复合材料

针对聚合物复合材料存在的结构受损导致导热和力学强度降低的问题,提出利用导热填料增强自修复聚合物,实现导热性能和力学强度的快速修复.通过对双(3-氨丙基)封端的聚二甲基硅氧烷(H2N-PDMS-NH2)进行端基改性,得到脲基嘧啶酮(UPy)双封端的聚二甲基硅氧烷(UPy-PDMS-UPy),于60℃下20 h后拉伸强度修复效率可达86.6%.进一步填充羟基化氮化硼(mBN)制备兼具自修复功能的导热复合材料,研究发现mBN的填充导致复合材料强度提高但韧性降低,对导热性能和自修复功能分别起积极和不利影响.当mBN含量为30 wt%时,热导率高达2.579 W·m^?1·K^?1,于60℃下40 h后拉伸强度修复效率达82.0%.红外热像仪显示,损伤处接触10 h后,mBN-30/UPy-PDMS-UPy上表面温度接近初始温度,展现出导热通路的修复特征,实现导热与自修复功能的兼备.     

自修复有机硅材料的制备策略

近年来，通过仿生生命体自我修复损伤这一现象而研制的自修复材料，可有效延长材料的使用寿命、提高材料的使用安全性、降低资源浪费，具有巨大的发展潜力。其中，自修复有机硅材料因兼具自我修复的功能和有机硅材料的优异性能，已成为当下的研究热点。由于外界刺激条件如紫外光、温度等是材料实现损伤自我修复的外在驱动力，在很大程度上影响着材料的修复效能，且不同的刺激条件具有不同的优缺点和应用领域。因此，本文将基于自修复过程中外界刺激因素的不同，对自修复有机硅材料尤其是近五年来的最新研究成果进行综述，从外援型和本征型自修复有机硅材料两方面入手，以本征型自修复有机硅材料为重点，并对自修复有机硅材料今后的发展进行了分析展望。     

结构用自修复型高分子材料的制备

自修复型高分子材料属于智能材料的一类,仿照生物体损伤自愈合的功能,通过材料内部的自诊断和自响应机制,及时修复材料在成型加工或使用过程产生的微小裂纹,避免其进一步扩展.近年来本课题组针对结构用自修复型高分子材料的强度恢复问题,综合利用高分子化学、高分子物理、材料力学等学科的理论和方法,设计、合成了一系列外植型和本征型自修复高分子材料,提出的自修复策略适用于典型热固性和热塑性高分子材料.此外,深入研究了相关的合成路线、配方优化、制备工艺、材料结构与性能、自修复的微观机制、使用稳定性等,为此类材料的实际应用提供依据.     

电缆护套光屏蔽自愈合涂料的制备及性能

以环糊精修饰的二氧化钛纳米粒子作为光屏蔽剂，利用环糊精与金刚烷的包合作用作为自修复作用力制备了一种具有自愈合性能的光屏蔽涂料，并研究了其光屏蔽性能和自愈合性能.研究结果表明，该涂料能够与电缆护套软质基材牢固结合，具有较好的疏水性和较低的吸湿率（在相对湿度75%的环境中放置48 h后水接触角>90°；在相对湿度54%的环境中吸湿率<2%）；该材料对紫外光具有较好的光屏蔽性能（紫外光屏蔽率>90%），并表现出良好的自愈合性能，在遭受损伤时，裂痕能反复多次恢复，拉伸性能可恢复80%以上.