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新型高性能纳米聚合物,在储能、水下作业、柔性传感器等领域具有巨大应用潜力
文章来源: OFweek 新材料网      更新时间:2022-07-21 16:22:11
“如何将优异的机械性能和光学性能集中在同一种合成材料上,是长期存在的挑战。”

作者:Claire编辑:tuya出品:财经涂鸦(ID:caijingtuya)

高性能聚合物在储能、船舶防腐涂料、智能显示器、柔性传感器等高科技领域拥有巨大的应用前景。然而,到目前为止,一直很难找到兼具优异机械性能(如韧性、刚度和抗裂性)、摩擦电、快速自愈能力以及光学或电学性能的聚合物。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)海洋新材料与应用技术重点实验室纳米复合工程材料团队,提出了一种新的受神经元轴突结构启发的三臂结构遥爪型(telechelic)纳米结构聚合物。该遥爪型聚合物具有很好的物理和机械性能,可以同时满足高刚度、快速自愈能力、高粘附性等要求,还可以发射荧光。

该研究成果发表在7月1日的Advanced Functional Materials杂志上,题为“神经元启发的全能万能远旋聚脲具有高刚度,优异的抗裂性,高附着力,优异的摩擦电性和AIE荧光”(Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence)。

这种新型遥爪聚合物带有三臂结构,每条臂的的长度都可以在很小的范围内被调节,以减小缠结密度(entanglement density),从而提高自修复效率。与此同时,各臂上固定有较宽的尿素基团(urea groups),以构建一个模拟神经元网络的多层氢键网络。通过固定臂的长度,可以以一种简单的方式调节聚合物的机械性能。

该遥爪聚合物的力学性能优异,强度为22.5 MPa,刚度为97.9 MPa,断裂伸长率为1470%,抗缺口为187 kJ m-2,韧性为159.3 MJ m-3。该聚合物也拥有良好的快速自愈能力。经过30分钟的自愈,该聚合物韧性可恢复到92%。

较宽的氢键使聚合物具有良好的粘接性能,拉剪强度(lap-shear strength)可达20.7 MPa,这是已报道的热熔胶的拉剪强度最高值。该遥爪聚合物在多种水环境中具有良好的稳定性,使其在水下黏附和水下封装领域具有潜在应用前景。

此外,遥爪聚合物可以带正电,与铜摩擦后具有较高的开路电压。其开路电压VOC与常用的摩擦起负电材料聚四氟乙烯(PTFE)相当,可以很好地补充摩擦起正电材料。

在365 nm紫外光照射下,由于叔胺基团(tertiary amine groups)的AIE作用,该遥爪聚合物具有发射蓝色荧光的潜力。这一特质使其在水下防伪领域具有潜力。

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