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。     

自修复高分子材料近五年的研究进展

自修复材料的概念源于对生物体自愈合现象的仿生研究,该类材料在受到损伤时可进行自修复并恢复一定程度的力学等性能。对高分子材料而言,其受机械力损伤后一般发生大分子链均裂或异裂而使材料产生微裂纹,此类微裂纹很难探测,而微裂纹的产生往往会引起高分子材料失效,因此快速修复微裂纹对诸多工程领域的高分子材料来讲尤为重要。本文从外源型及本征型自修复高分子材料两个方面,综述了近五年自修复高分子材料的研究进展,并对其今后发展进行了展望。     

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。     

有机硅超分子材料研究进展

有机硅材料具有优异的热稳定性、 生物相容性、 电绝缘性能和透气性等, 在国民经济各个领域已得到广泛应用. 近年来, 具有自修复和可塑性的有机硅超分子材料引起了人们的广泛关注, 各种各样的功能材料不断被开发出来. 本文综合评述了有机硅超分子材料的合成、 性能和应用等方面的近期研究进展, 重点阐述了氢键型、 金属配位键型、 Lewis酸碱对型、 离子键型及π-π堆积型有机硅超分子材料, 并对其发展前景进行了展望.     

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.     

基于动态化学的自愈性水凝胶及其在生物医用材料中的应用研究展望

自愈性材料具有自我修复损伤的特点, 能够增加使用材料的安全性, 延长材料寿命, 是一种具有损伤管理性能的智能新材料. 基于动态化学的自愈性水凝胶是近来备受关注的一种自愈性材料, 由具有动态特性的交联网络构建形成. 交联作用为动态化学键, 即非共价键, 如弱相互作用的氢键、分子间作用力(范德华力)、配位作用、亲疏水作用等, 或可逆共价键, 如温和条件下可逆的亚胺键、双硫键、酰腙键等. 这种材料具有本征性的自愈性, 一方面可应对外界破坏造成的损伤, 进行自我修复. 另一方面动态化学键对多种环境刺激具有响应性, 能自我调节以适应环境变化, 为将自愈性水凝胶开发为自适性多功能智能新材料奠定了基础. 水凝胶具有优越的生物相容性以及和生物组织的相似性, 在生物医用材料中如药物控制释放、组织工程修复、生物仿生等领域发挥着越来越大的作用, 而开发具有自愈性的多功能智能水凝胶, 将进一步拓展其应用. 综述了近来基于动态化学的自愈性水凝胶的制备及其在生物医用材料领域中的应用研究.     

刺激响应型肽自组装及其应用

肽自组装体由于具有结构稳定、易调控、生物相容性好、可生物降解等优点,在构筑新型材料及生物医药领域表现出了巨大潜力。本文介绍了肽自组装的概念、机理和应用,详细归纳了刺激响应型肽自组装的研究进展;按照刺激源的不同将刺激响应型肽自组装分为pH响应型肽自组装、温度响应型肽自组装、溶剂响应型肽自组装、光响应型肽自组装、超声波响应型肽自组装以及离子响应型肽自组装;列举了肽自组装在药物控释、脊髓损伤修复、仿酶催化、生物模板等领域的应用。最后,基于目前肽自组装存在的一些问题(如影响肽自组装结构的外界因素不易精准把控、自组装的研究与生命科学领域的交叉程度低等)对肽自组装的发展做了展望。     

有机硅自修复材料

有机硅自修复材料在可穿戴装备、智能涂层等领域有广泛应用。本文分别从外援型和本征型两大类介绍了有机硅自修复材料的特点、修复机理和最新研究进展。在外援型有机硅自修复材料中,主要介绍了利用光引发自由基反应、缩合固化、硅氢加成等有机硅特异性反应实现自修复。在本征型有机硅自修复材料中介绍了利用Diels-Alder反应、酰腙键、酯键、Schiff base结构等可逆化学反应,金属-配体配位作用以及氢键、π-π堆叠作用等超分子作用,实现自修复功能的途径及特点;除此之外还介绍了最小化表面自由能、巯基与纳米银之间的键合作用和重构反应等有机硅自修复实例。最后,本文指出了有机硅自修复材料面临的问题并对今后的发展方向进行了展望。     

Self-Healing Polymer Composites: Prospects,Challenges, and Applications

Self-healing polymer composites possess the inherent ability to heal the damage event autonomically or non-autonomically with external intervention. These advanced materials can be commercialized if the challenges and limitations of different self-healing mechanisms are well known and considered. These include capsule-based healing systems, vascular healing systems, and intrinsic healing systems. To date, most of the reviews have studied and reported on different self-healing mechanisms including their response to impact, fatigue, and corrosion tests. This review focuses mostly on extrinsic and intrinsic self-healing polymer composites which have been reported during the past five years by comparing their healing efficiency, advantages, and challenges in the prospect of their future development as well as their possible applications across various industries such as aerospace, automobile, coating, electronics, energy, etc.     

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。     

自愈合聚合物材料的研究进展Ⅱ.热塑性聚合物的自愈合机理

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.文章是《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》的续篇,进一步介绍可自我修复的热塑性高分子材料的愈合机理.     

黏土基纳米复合水凝胶

介绍了一种以黏土为交联剂的新型纳米复合水凝胶, 重点阐述了水凝胶的结构特点, 制备方法及其特有的力学性能, 自修复性能, 透明度和溶胀性。     

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.     

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。     

柔性主链的支化结构对冲击硬化材料性能的影响

以羟基封端的二甲基甲基乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)(C=C—PDMS—OH)为接枝主链 ,将单氢化端基二甲基硅氧烷(H-PDMS)作为接枝支链,通过卡斯特催化剂催化二者间的硅氢化反应形成具有瓶刷结构的柔性主链(Brush PDMS-OH)。 再通过三甲氧基硼氧六环(TMOB)的动态交联和异佛尔酮二异氰酸酯扩链剂(IPDI)的稳态化学交联,制备主链带有支化链的冲击硬化材料(Brush Impact Hardening Polymer,B-IHP)。 通过核磁共振波谱仪(NMR)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和流变仪等测试手段对材料结构和性能进行表征。 结果表明,B-IHP具有良好的机械性能和冲击硬化性能,拉伸强度达到9.8 MPa,冲击硬化值达到3500以上。 B-IHP具有良好的自愈合性能,愈合效率可达95%以上,愈合时间仅为6 h。 该柔性主链的支化结构可以明显降低主链发生链缠结的相对分子质量阈值,提升材料的冲击硬化性能和自愈合能力。     

Sorbitol-based supramolecular organogelators with effective phase-selective gelation and significant self-healing property

Several effective phase-selective gelators (PSGs) have been developed from a series of cheap and easy-to-make sorbitol-based compounds for the removal of many oils from their biphasic mixtures with water. The dominant factors that drive gelation have been studied using FTIR and temperature-dependent ¹H NMR spectra. Additionally, the case of PSGs exhibit significant self-healing properties that can recover the gelatin block and hence provide a more flexible approach for oil-spill recovery. The highly effective phase-selective performance and self-healing properties of these organogelators indicate the potential and promising applicability in oil-spill recovery.     

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.