自修复材料基于超分子相互作用或动态共价键的可逆特性能够修复外界损伤，大大延长了材料的使用寿命，提高了材料服役可靠性而受到国内外学者的广泛关注。自修复机理的研究对自修复材料的发展至关重要，而聚合物链的界面扩散是实现材料性能恢复的关键步骤。目前关于自修复材料的研究主要集中于通过材料基体和可逆相互作用的设计以提高材料自修复性能及机械力学性能方面，缺乏对自修复过程中聚合物界面扩散过程机制的研究。因此，需要发展一种直观的可视化监测方法表征聚合物链的扩散，并将其与自修复性能联系起来，增加对自修复机制的深入理解。

图1.双交联水凝胶网络的设计及自修复性的连续调节

针对这一问题，北京化工大学石峰教授/成梦娇教授团队发展了一种自修复界面上高分子链段迁移的可视化研究方法，直观地证明了网络束缚效应对高分子链段的扩散的限制，解释了随网络交联程度增加，水凝胶自修复性能下降的机制。利用二次聚合方法设计了双交联网络的水凝胶模型体系，其中主客体交联网络作为自修复网络，共价交联网络作为束缚网络，通过控制共价交联网络中交联剂含量可以实现对水凝胶网络密度的连续调节。设计的模型体系保证了表面官能团种类，密度及分布等影响因素一致的前提下，研究网络束缚效应对自修复性能的影响，发现随着交联剂含量的增加，水凝胶自修复性能下降。进一步，他们将荧光分子共价接枝在主客体自修复网络中，原位表征不同交联剂含量的双网络水凝胶中高分子链段在界面上的扩散过程的差异。结果表明，共价接枝的荧光分子的界面扩散速率随交联剂含量增加而降低，随着共价网络中交联剂含量从0 mol%增加至20 mol%，界面上荧光分子的扩散速率从0.51 μm/s降低至0.04 μm/s。这一结果与自修复性能随交联剂含量变化一致，揭示了网络束缚效应通过限制高分子链段的扩散影响水凝胶自修复性能的机制。该工作加深了对自修复过程机制的理解，为原位可视化监测聚合物链的扩散提供了一个直观的可行性方法，有助于自修复材料的设计及表征。

图2.不同交联剂含量的水凝胶自修复过程中高分子链段扩散的可视化表征

相关研究论文以题为Visualizing polymer diffusion in hydrogel self-healing发表在科爱旗下的新刊Supramolecular Materials上(https://doi.org/10.1016/j.supmat.2022.100009)。通讯作者是北京化工大学成梦娇教授和石峰教授。这项工作得到了国家重点研发计划，国家杰出青年基金，国家自然科学基金等项目的支持。

参考文献:

Visualizing polymer diffusion in hydrogel self-healing.

Mengfan Hai, Qian Zhang, Zengzhao Li, Mengjiao Cheng, Alexander J.C. Kuehne, Feng Shi,

Supramol. Mater., 2022, 1, 100009.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667240522000034

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期刊介绍：

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