吉林大学孙俊奇教授ACS Appl. Mater. Interfaces：聚合物薄膜宽且深的损伤的自修复

【引言】

自修复/可修复聚合物材料能自动或者在外在刺激的作用下修复自身损伤，自从20世纪70年代后期以来引起了重大关注。这些材料可分为外植型和本征型两大类。聚合物链的迁移率决定本征型自修复聚合物材料的自修复能力。因此，本征型自修复聚合物薄膜的宽的损伤的修复以聚合物链的高迁移率为前提。层层自组装聚合物复合膜受到机械损伤后，在保留它们的结构和功能表现出了巨大的潜力。更重要的是，精确控制层层自组装膜的化学成分、结构和聚合物链的构象，可以制备不同的功能性自修复膜，以及对自修复机理进行研究。虽然层层自组装膜的修复的机理已经被完全证实，但聚合物薄膜的宽且深的损伤的修复的因素还没被深入研究。

【成果简介】

近日，吉林大学的孙俊奇教授（通讯作者）、博士生王燕（第一作者）等在学术期刊ACS Appl. Mater. Interfaces上发表了题为Polymers with a Coiled Conformation Enable Healing of Wide and Deep Damages in Polymeric Films的文章。该文用简便的方法开发了具有卷曲构象的聚合物，制备了能修复自身的宽的损伤的层层自组装聚合物膜。这种膜由交替沉积的带正电荷的、具有卷曲构象的聚氨酯和聚丙烯酸组成。聚氨酯的构象从卷曲构象转化为舒展构象，使聚氨酯和聚丙烯酸链发生迁移，从而修复聚氨酯/聚丙烯酸膜的宽度是膜厚6倍的损伤。

【图文导读】

图1.（a）聚氨酯的结构；

       （b）聚氨酯分别在水中（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图；

       （d）乙醇的摩尔浓度不同的乙醇/水混合物中的聚氨酯纳米颗粒的水力学直径；

       （e）聚氨酯在乙醇/水混合物中的透光率

示意图1.采用旋涂-逐层自组装技术制备(PAA/PU)*n-water  film的示意图

图2.（a）(PAA/PU)*n-water  film的厚度和膜的沉积次数呈函数关系；

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

        （c-e）(PAA/PU)*n-water  film的宽约40μm的切口在修复前（c）、在乙醇中修复5分钟（d）和10分钟（e）后的SEM图；

        （f）图（c）中的膜在水中浸泡60分钟

图3.（a）(PAA/PU)*m-ethanol  film的厚度和膜的沉积次数呈函数关系；

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

       （c,d）(PAA/PU)*100-ethanol film的宽约41μm的切口在乙醇中浸泡20分钟前、后（c、d）的SEM图；

       （e,f）图（c）中的膜在水中浸泡20分钟后的SEM图（e）和截面SEM图（f）。内图是(PAA/PU)*100-ethanol film在乙醇中浸泡前的截面SEM图

图4.（a）(PAA/PU)*50-water film的杨氏模量和它的纳米压痕的深度呈函数关系；

       （b）(PAA/PU)*50-water film分别在乙醇中和在水中的储能模量

图5.分别浸泡在乙醇和水中的[(PAA/PU)*20/(PAA@LYC/PU)*5/(PAA/PU)*2]-water films的荧光恢复结果和它们的浸泡时间有关

【小结】

作者用新颖的方法制备了自修复聚合物膜。这种膜具有优异的自修复性，能修复切口宽度为膜厚6倍的切口。作者的研究表明了聚合物的构象是制约聚合物膜的修复能力的关键因素。合理地控制聚合物的构象和它们的相互转化，可以制备能修复自身的大的损伤的的自修复聚合物材料。

文献链接：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）

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