游正伟教授团队在多功能防护材料领域取得重要进展

发布时间:2019-04-27发布部门:材料科学与工程学院、科研处

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近日,威尼斯电子游戏纤维材料改性重点国家实验室游正伟教授团队在多功能防护材料领域取得重要进展,相关成果以《兼具多重防护性能的仿生材料》(Biomimeticmaterials with multiple protective functionalities, DOI:10.1002/adfm.201901058)为题,发表于材料学领域权威期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。游正伟教授系论文通讯编辑,刘增贺博士和张璐之博士系共同第一编辑,何创龙教授、管清宝副教授系论文共同编辑。

材料在使用过程中,时常受到外力拉伸/压缩、摩擦、刮擦或穿刺等机械伤害,严重影响其使用寿命,甚至散失功能,带来严重的安全隐患。自然界为人们提高材料抵抗外界伤害能力提供了重要启迪,很多生物组织具有强韧、力学梯度、自修复、荧光等防护性能,使其能够在恶劣环境中生存。由于这些防护性能相互独立,通常由不同化学结构设计而实现,因此现有的防护材料构造技术所实现的防护性能一般比较单一,大大限制了材料的综合防护性能和应用范围。

游正伟教授团队据此提出了利用多反应性基团在一个材料里构筑多重防护性能的新思路,将具有室温可逆动态裂解、金属配位、光解等多重反应性的丁二酮肟氨酯基团引入到聚氨酯材料中,相应地获得了同时具有强韧、力学梯度、室温自发自修复、荧光性能多合一防护材料(图1)。

(图1 基于多重反应性丁二酮肟氨酯基团构建多合一防护材料

基于上述材料,研究团队构建了一张超级防护膜,该膜展现出了快速的表面划痕自修复能力、优异的抵抗牙签等尖锐物体穿刺的能力、荧光防伪性能,以及对塑料的无缝贴合能力,该膜潜在应用于电脑、手机、证书等贵重物品的防护(图2)。

(图2 集快速室温自修复、耐穿刺、强粘合、荧光防伪于一体的多功能防护膜

该研究工作初步展现了聚肟氨酯的多重反应性、优异的性能和潜在的应用,其还可以进一步深入、衍生,获得一系列新颖的材料。比如近期游正伟教授团队通过深入研究金属离子对上述丁二酮肟氨酯的配位作用,通过铜离子配位既提高了材料的力学性能,同时促进肟氨酯基团的动态交换反应,提升了材料的室温自修复性能。为解决自修复材料中普遍存在的高力学性能和自修复效率的矛盾提供了新颖的思路,获得了具有已报到的最大的强度和韧性的室温自修复弹性体(Adv. Mater.2019, 10.1002/adma.201901402)。

同时值得一提的是,本工作涉及的核心原料(丁二酮肟、异氰酸酯)为低价易得的工业品,可以通过简便的一步法构建聚氨酯材料,也可以通过合理的设计引入到其它材料中,研制一系列功能材料,具有广阔的应用前景。

该工作获得了国家自然科学基金、上海市自然科学基金及学校励志计划等项目资助。


视频:   摄影: 撰写:游正伟  信息员:星禧  编辑:向娟

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