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近日,四川大学高分子材料工程国家重点实验室吴锦荣教授团队在AMR发表述评文章“High-Performance Self-Healing Polymers”。文章从具有高机械性能的自修复聚合物、能在室温自修复的玻璃态聚合物和环境稳定的自修复聚合物三个角度进行了总结,并从实际应用和基础研究的角度对本征型自修复聚合物的未来发展进行了展望。
关键词:自修复、力学性能、玻璃态修复、环境稳定
At last, the goal of developing self-healing polymers is to achieve carbon neutrality and sustainable development, as they are supposed to have a longer lifespan, easier recyclability and higher reliability. Therefore, the goal of self-healing polymers is to replace the conventional polymer in practical applications or make the commercial polymer healable.
1 文章内容简介
本征型自修复材料由于可以实现材料在损伤后力学性能的恢复而受到广泛的关注。然而,由于动态键的键能低、寿命短、稳定性差,所以本征型自修复材料的力学性能和环境稳定性较差。此外,自修复的过程需要利用分子链运动驱动动态网络重组,使得自修复材料在玻璃化转变温度以下难以修复。针对以上的问题,我们课题组开展了相应的研究并取得了突破性成果。首先,为了获得强而韧的自修复材料,本课题组设计了新型的分子结构、聚集体结构以及超分子填料等,提高自修复材料的力学性能。其次,提出了超支化分子结构结合高密度氢键的设计策略,制备了室温修复的玻璃态聚合物。此外,通过巧妙的胶束保护结构设计,制备了可以在酸、碱和水下等极端环境下自修复的材料。最后,基于自修复材料领域的发展现状,我们展望了自修复材料未来的发展方向。
2 AMR:请问您选择该领域的初心是什么?
作者团队:
自修复是生物组织实现长寿命的一个重要功能,若能在人工合成的材料上实现这一功能并且不影响其性能和功能,对于实现材料的可持续发展和碳中和具有重要的意义,这也是我们选择该领域的初心。
3 AMR:请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会。
作者团队:
本征型自修复材料起源于上世纪80年代,但到 21 世纪初才得到大量关注。自修复材料在前十年主要集中于可逆机制的开发;在后 10 年主要是优化自修复材料力学性能。目前为止,已经开发出 10 余种键能各异的可逆键,同时自修复材料力学性能也达到了与商用材料相媲美的程度。尽管如此,自修复材料的发展还存在很多问题:1)自修复机理不明确,由于修复过程涉及分子链的运动以及可逆键的回复,所以材料的修复过程较为复杂且难以探究。2)可逆机制少,自修复材料的性能与自修复机制的性质息息相关,而目前所有的自修复材料都主要是围绕已开发的10余种自修复机制,所以自修复材料的拓展需要开发更多的自修复机制。3)自修复材料的实际应用受限,自修复材料发展的最终目标是实现其实际应用,但是目前能实际应用的自修复材料较少,所以推动自修复材料的商用化是一个重要的发展方向。
作者团队简介
吴锦荣,教授、博士生导师、高分子材料工程国家重点实验室(四川大学)固定人员、四川省杰出青年科技人才。毕业于四川大学高分子科学与工程学院,分别于2003年和2008年获学士和博士学位(导师黄光速教授)。2007.8-2008.9赴Texas Tech University做访问学生(导师Gregory B McKenna),2014.1-2016.1于Harvard University做访问学者(合作导师David A Weitz)。2009年留校任教。
主要研究方向为弹性体材料的高性能化、功能化、自修复及相关理论问题。主持了国家自然科学基金面上项目4项,横向项目多项。以第一作者和通讯作者在Advanced Materials, PNAS, Advanced Functional Materials, Materials Horizons, Macromolecules等SCI收录国际期刊上发表论文90余篇。相关文章被Science,Washington Post,Material Today,Science Daily,Phys.org,European Rubber Journal,中国科学院,新华网等多个媒体专题报道。申请中国发明专利13项,美国发明专利2项。获得 “中国橡胶科技创新奖”等荣誉,是Science China Materials的青年编委、《橡胶工业》和《合成橡胶工业》的编委,是Science, Science Advances, PNAS, Angewandte Chemie, Advanced Materials等杂志的审稿人。
谢正田, 四川大学高分子科学与工程学院特聘副研究员,博士。2014年6月毕业于四川大学高分子科学与工程学院,获高分子材料与工程学士学位。2014年-2017年继续于四川大学高分子学院攻读硕士学位并于2017年获得材料学硕士学位。后经由国家公派到日本大阪大学留学,于2020年9月取得应用化学博士学位。博士毕业后于2020年10月-2022年9月在大阪大学从事博士后研究工作。2022年10月以人才引进的方式加入四川大学高分子学院工作。研究方向主要包括高分子弹性体材料,多孔材料,3D打印,组织工程等。
兀琪,四川大学高分子科学与工程学院助理研究员/专职博士后。2014年获得浙江大学工学学士学位,2017年获得中国科学院大学理学硕士学位,2021年获得四川大学工学博士学位,2021年聘为四川大学助理研究员,以第一作者发表SCI论文4篇,目前主持承担省科技厅重点研发基金(与硅宝合作)、省科技厅应用基础研究基金、四川大学专职博士后基金等项目3项,主要从事基于硼动态化学的智能弹性体的制备与性能研究。
彭燕,中国工程物理研究院化工材料研究所助理研究员。2016年获得四川大学工学学士学位,2019年获得四川大学工学硕士学位,2022年获得四川大学工学博士学位。2022年被聘为中国工程物理研究院化工材料研究所助理研究员。目前以第一作者发表SCI论文共6篇,主要从事离子交联弹性体的制备与研究。
古诗雨,于2022年9月在四川大学高分子科学与工程学院攻读博士学位,师从吴锦荣教授。主要研究方向为自修复材料的制备及其修复机理的研究。
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High-Performance Self-Healing Polymers
Yan Peng, Shiyu Gu, Qi Wu, Zhengtian Xie, and Jinrong Wu*
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00174
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