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聚二甲基硅氧烷自修复弹性体材料可拉伸100倍

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自修复材料是近十几年来兴起的一种新型智能材料。它可以实现材料对自身裂纹的检测并自发完成对材料的修复,从而可以预防材料由于产生裂纹而存在的潜在破坏,在航天、军工、桥梁、建筑以及工程等领域中有着重要应用。传统材料为了追求高强度及柔韧性,通常都是由不可逆的共价键构筑而成的。这种共价键在断裂之后无法再重建,因此传统材料受损后很难修复。
科学家利用配位键设计合成了一种高弹性的自修复材料。在超分子化学中,配位作用通常被认为是最强的超分子间相互作用之一。通过选择合适的配体和金属,可以得到中等强度的配位键,其强度小于共价键但比非共价弱相互作用要强得多。这种配位键将具有物理(热)可逆性或者化学可逆性,因而能够用于构筑自修复材料。同时,由于配位键强度适中,将能够克服可逆共价键和非共价弱相互作用的缺点。
他们在聚甲基硅氧烷高分子中引入了一种名为2,6-吡啶二甲酰胺的配体,该配体可提供多个配位点与金属配位,得到多个不同强度的配位键。强配位键与弱配位键位置相邻,受到拉伸作用时,弱配位键断开使能量得到耗散,而强配位键仍然得以保持使材料不致断裂,因此材料具有非常好的拉伸性,最高可拉伸至原长度的45倍,改变金属与配体的比例后甚至拉伸到100倍也不会断裂。另一方面,由于强配位键与弱配位键的结合导致配位结构具有高度动态性,受到破坏后能够快速自发形成,因此材料受损后在室温下无需任何外界刺激即可完全修复,甚至低温条件下(-20 °C)也能自发修复。

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