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研究背景
水性聚氨酯（WPU）因其环保特性及多样的应用潜力而备受关注。然而，其机械强度和韧性有限，这限制了其在苛刻的应用场景中长期负载要求的实际应用。因此要求新一代水性聚氨酯弹性体需要具备高机械性能、耐机械损伤以及可自愈等功能。研究者发现高密度动态非共价氢键交联作用是实现弹性体上述功能属性的有效方法。
文章要点
本文报道了一种利用单宁酸(TA)与氮化硼(BN)间的π-π相互作用制备出蜘蛛丝微结构中的β-片晶体的替代品TA@BNNSs复合纳米颗粒。同时为进一步增强弹性体的韧性，解决由于TA@BNNSs复合纳米颗粒尺寸过大导致的聚合物链折叠不足问题，多配位数的Fe³⁺提供的配位作用进一步提升弹性体的韧性和自愈性。通过结构设计，制备出具有蜘蛛丝结构的高强度、高韧性弹性体。这种设计使得弹性体的韧性达到660 MJ m⁻³，大约是蜘蛛超强捕食丝纤维的四倍。此外，该弹性体还展示了优异的综合性能，如高拉伸强度37.4 MPa、高断裂伸长率3433%、75%的拉伸强度和断裂伸长率的自愈效率，以及约120°C的宽阻尼温度范围。这项研究为制备高性能、高动态键密度的自愈材料提供了借鉴。
图文展示
图1. 蜘蛛丝和类蜘蛛丝弹性体结构的微观结构示意图。（a）蜘蛛丝的微观结构，（b）类蜘蛛丝弹性体结构。
图2. （a）和（b）为BNNSs的原子力显微镜AFM图像及其对应的高径图，（c）为样品的粒度分布，（d）为紫外-可见吸收光谱，（e）为FTIR曲线，（f）为 Zeta 电位，（g）为 TA@BNNSs 组装结构的示意图。
图3. （a）弹性体（1-5）的 XRD 曲线，（b）弹性体（1-5）的 TGA 曲线和 DTG 曲线，（c）通过 DMA 获得的弹性体的玻璃化转变温度（Tg），（d）弹性体（1-5）的 FTIR 光谱，（e）弹性体（1-5）在波数范围 1780 - 1640 cm-1 的 FTIR 光谱。（f）和（g）分别为代表性弹性体 4 在波数范围 3900 - 3250 cm-1 和 1800 - 1650 cm-1 的温度依赖性 FTIR 光谱。（h）和（i）分别为代表性弹性体 4 的 C 1s 和 O 1s 峰的高分辨率 XPS 光谱。
图4. （a）和（b）为SEM图像，展示了TA@BNNSs在弹性体 4 中的不同分散状态；（c）和（d）为从（a）中不同区域（1 和 2）获取的相应EDS结果；（e）弹性体中不同的相互作用的示意图。
图5. （a）弹性体 1 至5的tanδ随温度的变化关系，（b-f）弹性体 1 至 5 的典型应力-应变曲线，（g）弹性体 1 至 5 的对应拉伸强度、拉伸应变和拉伸韧性，（h）弹性体 1 至 5 的自修复效率比较，（i）分子动力学模拟显示 WPU 与 TA 以及 WPU 与 TA@BNNSs 之间的结合能。（j）WPUFT 和（k）弹性体 4 样品的循环加载与恢复。（l）将我们的弹性体样品（弹性体 3 和 4）与文献中报道的其他自修复材料在室温（RT）下的断裂伸长率、极限拉伸强度、韧性、自修复效率和修复时间进行比较。
本工作以“Self-Healable, Considerably Stretchable, and Wide-Temperature-Range-Damping Waterborne Polyurethane Elastomers by Constructing the Spider-Silk-Like Structures”为题发表在材料科学领域期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。论文的第一作者为色情动漫
2022级博士生吴超群，通讯作者为四川大学高分子科学与工程学院的谭鸿教授和色情动漫
王勇教授。
文章链接：//doi.org/10.1021/acsami.5c03617
王勇教授团队入选2020年四川省青年科技创新研究团队，团队主要从事高分子材料增强增韧、功能（导热、介电、相变、阻燃等）高分子复合材料的研究。现有教授1人、副教授2人、高工1人、讲师3人、博士后1人。团队主持包括9项国家自然科学基金在内的科研项目60余项，获2018年度四川省自然科学二等奖和2021年度四川省技术发明奖二等奖。在Prog. Polym. Sci.、Nano Micro lett.、Macromolecules等期刊发表高质量论文300余篇，ESI高被引论文6篇；主编教材1部，参编英文专著1部；申请或授权国家发明专利30余项。
