吉林大學孫俊奇教授ACS Appl. Mater. Interfaces：聚合物薄膜寬且深的損傷的自修復

【引言】

自修復/可修復聚合物材料能自動或者在外在刺激的作用下修復自身損傷，自從20世紀70年代后期以來引起了重大關注。這些材料可分為外植型和本征型兩大類。聚合物鏈的遷移率決定本征型自修復聚合物材料的自修復能力。因此，本征型自修復聚合物薄膜的寬的損傷的修復以聚合物鏈的高遷移率為前提。層層自組裝聚合物復合膜受到機械損傷后，在保留它們的結構和功能表現出了巨大的潛力。更重要的是，精確控制層層自組裝膜的化學成分、結構和聚合物鏈的構象，可以制備不同的功能性自修復膜，以及對自修復機理進行研究。雖然層層自組裝膜的修復的機理已經被完全證實，但聚合物薄膜的寬且深的損傷的修復的因素還沒被深入研究。

【成果簡介】

近日，吉林大學的孫俊奇教授（通訊作者）、博士生王燕（第一作者）等在學術期刊ACS Appl. Mater. Interfaces上發表了題為Polymers with a Coiled Conformation Enable Healing of Wide and Deep Damages in Polymeric Films的文章。該文用簡便的方法開發了具有卷曲構象的聚合物，制備了能修復自身的寬的損傷的層層自組裝聚合物膜。這種膜由交替沉積的帶正電荷的、具有卷曲構象的聚氨酯和聚丙烯酸組成。聚氨酯的構象從卷曲構象轉化為舒展構象，使聚氨酯和聚丙烯酸鏈發生遷移，從而修復聚氨酯/聚丙烯酸膜的寬度是膜厚6倍的損傷。

【圖文導讀】

圖1.（a）聚氨酯的結構；

? ? ? ?（b）聚氨酯分別在水中（左）、在乙醇/水混合物中（右）；

? ? ? ?（c）聚氨酯在水中和在乙醇中的示意圖；

? ? ? ?（d）乙醇的摩爾濃度不同的乙醇/水混合物中的聚氨酯納米顆粒的水力學直徑；

? ? ? ?（e）聚氨酯在乙醇/水混合物中的透光率

示意圖1.采用旋涂-逐層自組裝技術制備(PAA/PU)*n-water? film的示意圖

圖2.（a）(PAA/PU)*n-water? film的厚度和膜的沉積次數呈函數關系；

? ? ? ? （b）(PAA/PU)*n-water? film的AFM圖；

? ? ? ? （c-e）(PAA/PU)*n-water? film的寬約40μm的切口在修復前（c）、在乙醇中修復5分鐘（d）和10分鐘（e）后的SEM圖；

? ? ? ? （f）圖（c）中的膜在水中浸泡60分鐘

圖3.（a）(PAA/PU)*m-ethanol? film的厚度和膜的沉積次數呈函數關系；

? ? ? ?（b）(PAA/PU)*100-ethanol film的AFM圖；

? ? ? ?（c,d）(PAA/PU)*100-ethanol film的寬約41μm的切口在乙醇中浸泡20分鐘前、后（c、d）的SEM圖；

? ? ? ?（e,f）圖（c）中的膜在水中浸泡20分鐘后的SEM圖（e）和截面SEM圖（f）。內圖是(PAA/PU)*100-ethanol film在乙醇中浸泡前的截面SEM圖

圖4.（a）(PAA/PU)*50-water film的楊氏模量和它的納米壓痕的深度呈函數關系；

? ? ? ?（b）(PAA/PU)*50-water film分別在乙醇中和在水中的儲能模量

圖5.分別浸泡在乙醇和水中的[(PAA/PU)*20/(PAA@LYC/PU)*5/(PAA/PU)*2]-water films的熒光恢復結果和它們的浸泡時間有關

【小結】

作者用新穎的方法制備了自修復聚合物膜。這種膜具有優異的自修復性，能修復切口寬度為膜厚6倍的切口。作者的研究表明了聚合物的構象是制約聚合物膜的修復能力的關鍵因素。合理地控制聚合物的構象和它們的相互轉化，可以制備能修復自身的大的損傷的的自修復聚合物材料。

文獻鏈接：Polymers with a Coiled Conformation Enable Healing of Wide and Deep Damages in Polymeric Films（ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018，DOI: 10.1021/acsami.8b10277）

本文由材料人編輯部kv1004供稿，材料牛整理編輯。 ??

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