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新一代高强韧可回收热固性聚合物

共价交联聚合物材料因具有优异的机械强度和热稳定性已广泛应用于日常生活的众多领域。大多数共价交联聚合物材料在环境条件下使用,其中共价聚合物网络的完整性直接影响聚合物材料的性能和寿命。然而,在交联聚合物中,长期的力扰动是不可避免的,并且通常会导致不可逆的共价键断裂,从而导致交联网络的损坏。这种现象显着削弱了共价交联高分子材料的力学和功能性能,缩短了其使用寿命,甚至给其应用带来了安全隐患。因此,开发具有可逆应力响应性的环境稳定动态共价键将为设计共价交联聚合物的多种力响应功能提供有用的途径。


鉴于此,西南科技大学常冠军教授、杨莉副教授与比利时根特大学Filip Du Prez教授合作以三唑啉二酮(TAD)-吲哚加合物作为干态共价交联聚合物中的交联点,使材料能够在环境温度下实时显示可逆的应力响应。尽管高能TAD-吲哚反应可形成稳定的加合物,但当它们嵌入聚合物网络中并受到外力时可以实时解离,从而抵抗外界力的冲击。作者创新性地发现,新生的TAD在环境温度下与吲哚可以自发地立即重组,无需外界任何刺激,从而允许通过力可逆行为调整聚合物链段构象和维持网络完整性,提升材料的抗破坏能力。这项研究提出的策略代表了一种新型通用的方法来构筑高强韧的共价交联聚合物材料,同时提高了聚合物的力学强度和延展性,进而为设计新一代高性能聚合物材料提供了全新策略。相关工作发表在国际顶级期刊Nature Communications 上。

图1. 使用室温力致可逆高强韧聚合物构筑示意图


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Force–reversible chemical reaction at ambient temperature for designing toughened dynamic covalent polymer networks

Mengqi Du, Hannes A. Houck, Qiang Yin, Yewei Xu, Ying Huang, Yang Lan, Li Yang, Filip E. Du Prez, Guanjun Chang

Nat. Commun., 202213, 3231. DOI: 10.1038/s41467-022-30972-7


常冠军教授简介

常冠军,西南科技大学教授,博士生导师,环境友好能源材料国家重点实验室副主任,美国宾夕法尼亚大学访问助理教授,“天府青城计划”科技菁英、四川省杰出青年科技人才、中国科技城高层次创新创业人才,西南科技大学龙山支持计划“拔尖人才”。围绕国家重大工程需求和军民融合战略,长期致力于动态键驱动功能高分子的研发工作。主持国家自然科学基金3项,国家重大专项2项,装备预研等纵向基金20余项。以第一作者和通讯作者在Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.等期刊上发表学术论文86篇。以第一发明人授权美国发明专利5项、中国发明专利6项。


https://www.x-mol.com/university/faculty/160211 


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