顆粒在線訊：多功能性聚合物涂層在當(dāng)今社會(huì)中有著舉足輕重的地位。電子器件、車擋風(fēng)玻璃和玻璃幕墻都需要透明的保護(hù)涂層，尤其是可折疊器件，涂層不僅要能抵御外部機(jī)械拉伸、沖擊、彎曲和撕扭，還需要具有像玻璃一樣的硬度對(duì)器件進(jìn)行保護(hù)，如果還能有聚合物一樣的柔性并且當(dāng)表面涂層受到意外損壞后能自我修復(fù)就更好了。但要實(shí)現(xiàn)所有這些需求，面臨著挑戰(zhàn)巨大：首先如何制備具備剛性但又可“愈合”的聚合物？自修復(fù)材料依賴于鏈段的可移動(dòng)性，必然造成剛性的損失。而向聚合物中填充剛性填料雖然會(huì)提升強(qiáng)度，但又會(huì)損失材料透明度。

萬(wàn)能材料的設(shè)計(jì)

基于此，中科院化學(xué)所趙寧研究員、深圳大學(xué)徐堅(jiān)教授合作開(kāi)發(fā)了一種具備剛性并且可快速修復(fù)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)聚合物網(wǎng)絡(luò)包含氨丙基功能化的聚倍半硅氧烷和三乙胺。在此基礎(chǔ)上，添加聚合物膠束，來(lái)制備具有優(yōu)異透明度、硬度、柔韌性和快速自愈性能的涂層。其中含有SiO1.5單元、高度交聯(lián)的聚（倍半硅氧烷）網(wǎng)絡(luò)硬度高達(dá)0.83 GPa，超過(guò)大部分聚合物（< 0.3 GPa），甚至部分合金材料（ ~ 0.49 GPa）。強(qiáng)親核試劑三乙胺能夠阻斷氨丙基和硅烷之間的氫鍵相互作用，使得氨丙基在網(wǎng)絡(luò)中有更強(qiáng)的活動(dòng)性。這些自由的氨丙基具有自催化功能，促進(jìn)硅氧鍵的破壞和再形成，使得材料具備在普通環(huán)境中的自修復(fù)性能，涂層上~50 μm的劃痕可在 4 分鐘內(nèi)自愈合。相關(guān)論文以“Superior Hard but Quickly Reversible Si–O–Si Network Enables Scalable Fabrication of Transparent, Self-Healing, Robust, and Programmable Multifunctional Nanocomposite Coatings”為題，發(fā)表在《JACS》上。

圖1 在三乙胺存在下，聚倍半硅氧烷中Si-O-Si的可逆鍵合

集透明性、硬度、柔性、雙親性和自愈合性能于一體的新星

在此基礎(chǔ)上，為了將剛性和柔性整合在一種材料中，作者將柔性的聚(3, 3, 3-三氟丙烷-甲基硅氧烷)（PTFPMS）膠束作為納米填料加入到上述的聚合物網(wǎng)絡(luò)中。聚合物網(wǎng)絡(luò)提供硬度（0.83 GPa）而PTFPMS膠束提供楊氏模量（5.89 GPa）。硬度和楊氏模量的比值為14.1%，彈性回復(fù)率達(dá)到86.3%，實(shí)現(xiàn)硬度和柔性的完美融合。并且PTFPMS膠束能在聚合物網(wǎng)絡(luò)中很好地均勻分散，材料的透光性仍能達(dá)到91%。同時(shí)，由于PTFPMS有較低的表面能，涂層有一定的抗污性能。即使自修復(fù)循環(huán)10次后，涂層的潤(rùn)濕性仍能能夠成功恢復(fù)。

圖2 制備的納米復(fù)合材料涂層的透明性、硬度、柔性、雙親性和自愈合性能

多功能性的編輯集成

此外，這種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料與眾多小分子、聚合物、納米粒子都有很好的相容性。如與PVA、PDMS、二氧化硅納米粒子等中的一種或多種共混形成穩(wěn)定的復(fù)合物，控制添加量，而不損失材料本身的任何性能。

圖3 多功能涂層的制備及應(yīng)用

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c10455