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山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王旭教授團(tuán)隊(duì)建立超分子增韌新方法并研制超強(qiáng)韌彈性材料

來(lái)源:山大視點(diǎn)      2023-05-25
導(dǎo)讀:近日,山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院國(guó)家膠體材料工程技術(shù)研究中心王旭教授團(tuán)隊(duì)在超分子增韌機(jī)制研究及超韌高分子彈性體研制方面取得重要進(jìn)展。超分子作用促進(jìn)了高韌性彈性材料的發(fā)展,然而驅(qū)動(dòng)超分子增韌的根本原因未被深入探索,針對(duì)高韌性材料的合理設(shè)計(jì)仍十分困難。王旭教授團(tuán)隊(duì)建立了一種簡(jiǎn)單有效的方法,通過(guò)錯(cuò)配超分子作用來(lái)增韌熱塑性彈性體,從而研制出超強(qiáng)韌的彈性材料。相關(guān)研究成果以“Development of Tough Thermoplastic Elastomers by Leveraging Rigid–Flexible Supramolecular Segment Interplays”為題,發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊Angew. Chem. Int. Ed.(IF = 16.823)上。文章通訊作者為王旭教授,第一作者為博士生王璐平,山東大學(xué)為唯一通訊作者單位。

該工作設(shè)計(jì)了一種利用剛性和柔性超分子片段協(xié)同增韌熱塑性彈性體的方法,有效避免了過(guò)度的超分子聚集,從而研制出世界上韌性最高的彈性材料SPUU-DA,其韌性(1.2 GJ m?3)是最韌天然材料(達(dá)爾文蜘蛛絲,354 MJ m?3)的3.4倍,是現(xiàn)有最韌合成彈性體(一種基于氫鍵的導(dǎo)電彈性體,615 MJ m?3)的2.0倍,引領(lǐng)材料的韌性進(jìn)入了GJ m-3時(shí)代。通過(guò)SAXS、XRD、DSC以及理論模擬等手段,輔以耗散能表征,證實(shí)了SPUU-DA彈性體的高韌性源于分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的錯(cuò)配超分子作用。SPUU-DA彈性體還具有非凡的斷裂真應(yīng)力(2.3 GPa),高拉伸性(~2900%應(yīng)變),超強(qiáng)的抗損傷能力和損傷容限,良好的彈性,優(yōu)異的愈合能力,多次回收性,抗沖擊性和良好的緩沖能力。

文章對(duì)材料的錯(cuò)配超分子作用增韌機(jī)制進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證,通過(guò)合成一系列超分子彈性體并研究其性能,從而證實(shí)了該增韌策略的普適性。作者還在文章的最后詳細(xì)闡述了高韌性超分子彈性體在高性能復(fù)合材料、抗沖擊涂層、介電彈性體等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用模式。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301762



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