具有優異力學(xué)性能(néng)、快速自修複能(néng)力、摩擦起(qǐ)電性甚至特殊光學(xué)性質的納米材料在衆多的領域特别是海洋領域如海洋防污、防腐塗層，水下儲能(néng)、水下封裝、柔性傳感、智能(néng)顯示等集成(chéng)型高科技産業中顯示出巨大的應用前景。但由于這(zhè)些優點通常源自不同的分子機制，因此將(jiāng)它們同時集成(chéng)到一種(zhǒng)合成(chéng)材料中是一個長(cháng)期存在的挑戰。
中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所海洋新材料與應用技術重點實驗室納米複合工程材料團隊陳海明副研究員、茅東升研究員等人，受神經(jīng)元軸突結構的啓發(fā)，合成(chéng)了一種(zhǒng)三臂結構的遙爪型納米結構聚合物。該聚合物可以同時滿足優異力學(xué)、快速自修複、摩擦起(qǐ)電和顯示熒光的特性。通過(guò)在該遙爪型納米材料的每條臂中嵌入大量脲基，構建了多級氫鍵網絡，來模拟神經(jīng)元網絡；通過(guò)縮短每條臂長(cháng)度，減弱分子鏈纏結，從而極大提高了自修複速率。研究表明，僅需調整體系氫鍵密度和分子臂長(cháng)度，即可輕松實現納米結構材料宏觀多種(zhǒng)性能(néng)的調控。最終，該納米聚合物展現出優異的彈性模量（97.9MPa）、強度（22.5MPa）、斷裂伸長(cháng)率（1470%）、韌性（159.3MJ/m3），以及良好(hǎo)的抗缺口性能(néng)（187kJ/m2）和快速自修複能(néng)力（92%，0.5h）。同時，大量的氫鍵賦予材料良好(hǎo)的粘接能(néng)力，與鐵闆的搭接剪切強度可達20.7MPa。在去離子水、鹽水、有機溶劑等多種(zhǒng)環境中均表現出優異的環境穩定性，在水下封裝和水下黏附領域具有重大的潛在應用前景。據了解，這(zhè)是目前所報道(dào)熱熔膠粘結強度的最高值。
此外，這(zhè)種(zhǒng)遙爪型納米材料在與銅闆接觸分離時表現出優異的摩擦起(qǐ)正電行爲，其開(kāi)路電壓VOC與常用的摩擦起(qǐ)負電材料聚四氟乙烯（PTFE）相當，可以很好(hǎo)地補充摩擦起(qǐ)正電材料。更有趣的是，在這(zhè)種(zhǒng)類固體聚合物中觀察到了聚集誘導發(fā)光的熒光現象，這(zhè)使其在水下防僞領域具有潛在的應用前景。這(zhè)項工作極大地豐富了高性能(néng)、多用途納米材料的設計思路，拓寬了其應用領域。相關工作以“Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence”爲題發(fā)表在最新一期的Advanced Functional Materials（文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202204263 DOI：10.1002/adfm.202204263）。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52103014）、浙江省領軍型創新團隊項目（2021R01005）以及甯波市“甬江引才計劃”創新團隊項目（2021A-045-C）等項目的支持。
圖 遙爪型納米聚合物的鏈結構和應用
（海洋實驗室 陳海明）
