文 献 综 述
- 引言
自修复聚合物是一种智能材料，在遭受外部机械损坏或恶劣条件后，可以自动恢复部分或全部功能。[1]。在机械损坏后能自发修复的聚合物的开发将大大改善人造材料的安全性，使用寿命，能源效率和环境影响。自修复材料因为具有改善材料可靠性，耐用性和使用寿命潜力而在可穿戴电子设备，软骨置换，涂层，假体，脑/机接口，静电致动器和软机器人等领域受到广泛关注[2]。
大多数自修复材料的方法要么需要输入外部能量，要么需要愈合剂，溶剂或增塑剂。尽管在该领域进行了大量研究，但是具有固有的自修复能力的硬质材料的合成仍然是关键的挑战。[3]本质上可修复的聚合物基于自组装逐层技术或通过超分子可逆相互作用的合成策略提供可重复的自修复。例如主客体相互作用[4]，金属-配体相互作用[5,6,7]，离子相互作用[8]，和氢键[9,10]。
- 现状
为了实现在室温下本质上可自我修复的坚固，透明且易于加工的聚合物，建立了以下三种材料设计标准：（1）易于加工且物理可调的基础材料，（2） 在室温下可操作的动态共价键，以及（3）最佳的自我修复效率和机械性能。[11]
氢键的作用对自修复聚合物的韧性和自修复性能非常重要。通过共聚物链的氢键作用，聚合物体现出良好的快速修复和优异的抗疲劳性[12]。Nabarun Roy基于尿素，尿烷和双酰基肼单元的组合得到了一种自我修复的共价聚合物，并提出了广泛的氢键结合位点。材料受到损伤时的这种自主愈合可归因于聚合物链之间的多个侧链间氢键相互作用的超分子动力学。包含相同结构背骨的模型化合物的固态结构证实了广泛的二维超分子氢键网络的存在。赋予了自修复聚合物高拉伸强度，韧性以及很强的自修复功能。[13]李国良报道了一种使用仿生（titin蛋白分子结构）方法制备透明且可修复的弹性体，该弹性体在聚合物主链中通过分层氢键部分实现自我修复后具有超韧性和高拉伸强度。刚性结构域包含由氨基甲酸酯，尿素和2-脲基-4 [1H]-嘧啶酮基团形成的分层H键，可形成一种耐用的网络结构。该结构具有良好的机械性能和动态快速自我修复能力。[14]
在网络聚合物中掺入可逆的牺牲键不仅使这些材料坚韧，而且使它们具有自恢复性（仅当分散的能量小于10 MJ m-3时才能实现自我恢复）。Shoma Yoshida受贻贝贻贝角质层结构的启发，通过引入具有不同物理交联密度的微相分离结构来提高弹性体的韧性和自恢复性。使用ABA型三嵌段共聚物中氢键合单元的精心设计的共聚单体序列分布来实现此结构。A嵌段形成具有致密交联的硬结构域，从而防止了宏观变形，而B嵌段形成了较软的基体，具有稀疏的和动态的交联键，用作牺牲键。制得的弹性体具有高韧性和优异的自我回复性。[15]
自修复聚合物也可以通过各种化合键或者其他结构来达到自修复的效果。Kai Song通过动态共价硼酸酯和硼氮（B-N）配位作用，开发了一系列新型超分子聚氨酯弹性体（SPUE）。SPUE具有迄今为止室温自修复聚合物的最高拉伸韧性，以及出色的极限拉伸强度和超高断裂能。实验结果表明，B-N配位不仅促进了室温下硼酸酯的形成和解离，而且通过分子间配位链交联和分子内配位链折叠显著增强了性能。[16]
Yue Lai由锁相动态粘结设计得到了无色，透明，坚固和快速划痕自修复的弹性体。通过将动态二硫键嵌入在硬链段中并且主要被锁定在粘弹性硬质微相区域中，在中等温度下体现了出色的拉伸机械性能和有效的可修复性。弹性体的快速划痕修复和完全的透明度恢复为高度透明的表面或保护膜提供了新途径，为精密光学透镜，柔性显示屏和汽车或飞机的照明饰面找到了潜在的应用。[17]
Seon-Mi Kim制备了具有很高的拉伸强度和韧性的透明且易于加工的热塑性聚氨酯（TPU）。通过硬段嵌入的芳族二硫化物来实现快速的芳族二硫化物易位，可在2小时内轻松完成自修复。研究表明，不对称结构为嵌入的芳族二硫化物提供了最佳的复分解效率，同时保留了TPU的卓越机械性能。[11]
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