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用石墨烯制备高强度的刚性自修复材料
2018/7/30 8:40:25

        最近,南京大学化学化工学院、配位化学国家重点实验室李承辉副教授和左景林教授带领的团队利用“积弱成强”的策略得到了一种高强度刚性自修复材料。他们设计了一种侧链含有大量羧基的短链聚甲基硅氧烷单体,利用它与金属锌形成的弱配位键交联得到力学强度非常高的高分子材料,其杨氏模量接近500 MPa。由于金属锌与羧酸之间的配位平衡反应受温度控制,当温度升高时往配合物解离方向移动,产生游离的短链聚甲基硅氧烷单体和金属锌离子;而在温度降低时往配合物生成方向移动,重新形成三维交联的高分子。因此这种高分子虽然在低温下呈现硬而脆的性质,但在加热时变得软而弹,具有良好的热塑性和热修复性。



       该材料在多方面具有良好的应用前景。其中之一是可进行3D打印。3D打印技术是本世纪制造业领域迅速发展的一项新兴技术。但3D 打印技术也有其自身的缺点:首先,通过3D打印材料所制备的产品,由于是一次整体成型的,而且都是独一无二的,在自身产生微裂纹或受到外界破坏后,无法通过更换零部件的方式进行修复,只能整体废弃。这样一来,将增加产品的维护成本,并造成极大的浪费;其次,3D打印产品的尺寸受到打印机尺寸的限制,通常的3D打印机无法打印比自身更大尺寸的物件;另外,3D打印中逐层成型的过程导致所得到的物件机械力学性质各向异性,在使用过程中容易产生裂纹、变形等破损。将自修复技术引入到3D打印中则可有效解决这些问题。利用该材料打印出来的产品受损之后可以快速修复,通过打印小物件然后利用自修复技术能够将小物件组装成一体化的大物件,同时打印出来的产品具有各向同性的机械力学性质。因此,利用自修复材料可以将传统砖块堆砌方法和现代3D打印技术的优势结合起来,使3D打印更加随心所欲!

图三:PDMS-COO-Zn聚合物的热愈合和再成形性能

 

PDMS-COO-Zn聚合物的应用

论文标题:A rigid and healable polymer cross-linked by weak but abundant Zn(II)-carboxylate interactions

通讯作者:李承辉副教授和左景林教授


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