超分子聚合物作為一類獨特的動態(tài)聚合物材料，在高性能彈性體、自修復材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近日，華東理工大學化學與分子工程學院曲大輝教授研究團隊在超分子自修復聚合物領(lǐng)域研究工作取得進展，相關(guān)成果以研究論文形式在線發(fā)表于國際化學領(lǐng)域著名期刊德國應(yīng)用化學Angew. Chem. Int. Ed. 。
在前期工作中，該課題組開拓出一種全新的聚合方法能夠?qū)⑻烊恍》肿恿蛐了嵋徊睫D(zhuǎn)化成高性能聚合物材料（Sci. Adv. 2018, 4, eaat8192; JACS, 2019, 141, 12804）。雖然這種無溶劑聚合方法制備的聚合物材料展現(xiàn)了高延展率和快速自修復性能，但是它的機械模量較低（僅81KPa），這無疑限制了其在高性能材料領(lǐng)域的應(yīng)用。同時，高強度的彈性體往往導致網(wǎng)絡(luò)的低動態(tài)性，限制了其室溫自修復性能。因此，如何設(shè)計出兼具高強度和室溫自修復性能的彈性體材料是該類材料設(shè)計長期存在的挑戰(zhàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在原本體系和方法的基礎(chǔ)上，將鐵離子濃度提升至1%摩爾比，并且避免合成過程中從空氣中引入的水分子，能夠明顯提升聚合物的機械模量（超過60倍），并且良好保持該網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性，即展現(xiàn)出優(yōu)異的機械延展性和室溫自修復性能。通過X射線衍射、散射等技術(shù)證明，機械強度的大幅度提升源于高濃度鐵-羧基復合物在聚硫辛酸獨特的無溶劑聚合網(wǎng)絡(luò)中通過強庫侖力形成長程無序的離子簇，即在原本三種動態(tài)化學鍵的基礎(chǔ)上進一步引入二級離子鍵交聯(lián)作用。得到的聚合網(wǎng)絡(luò)具有高楊氏模量（5.1 MPa），高機械延展性（超過6500%），室溫自修復（可以在水下進行），可重復加工回收性等。該工作作為前期開創(chuàng)性工作的延伸，進一步推動了聚硫辛酸自修復聚合物的性能改善。該成果以“Toughening a Self-Healable Supramolecular Polymer by Ionic Cluster Enhanced Iron-Carboxylate Complexes”為題發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.。
該工作由博士生鄧媛昕、張琦博士在曲大輝教授的指導下完成，并得到了田禾院士、費林加院士的悉心指導。相關(guān)同步輻射測試得到了上海光源BL19U2線站李娜博士的大力支持。該研究工作得到了國家自然科學基金委重大項目、基礎(chǔ)科學中心、上海市重大科技專項以及華東理工大學張江樹優(yōu)博重點培育計劃等項目資金的支持。
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