自修复(self-healing)的概念源于生物学中的自修复现象。生物体从分子水平(如DNA 修复)到宏观水平(如皮肤小伤口的愈合)均存在自修复过程。受大自然的启发,人们设计合成了许多自修复高分子材料,它们能够自行发现裂纹,并通过一定机理将裂纹重新填补、自行修复,因而可有效延长材料的使用寿命,提高材料安全性,减少废弃物,具有重要的科学意义和应用价值。
经过十几年的发展,自修复材料发的研究已不再局限于探索自修复材料的新类型和新机理,而要更关注自修复材料的产业化应用。而要实现自修复材料的应用,有两个问题非常关键:一是要使自修复材料的力学性质满足实际应用的要求。然而目前往往是力学强度高的材料不能自修复,而能自修复的材料力学强度比较低。如何设计合成兼具高力学强度和优异自修复性质的材料是一个挑战性的难题;二是要使自修复材料具有各种功能,才能实现他们在实际生活和生产中不可或缺的应用。
配位键是一种特殊的化学键。在超分子化学中,配位作用被认为是最强的超分子间相互作用之一。通过选择合适的配体和金属,可以得到中等强度的配位键,其强度小于共价键但比非共价弱相互作用要强得多。这种配位键将具有物理(热)可逆性或者化学可逆性,因而能够用于构筑自修复材料。同时,由于配位键强度适中,将能够克服可逆共价键和非共价弱相互作用的缺点。另外,由于其配位中心离子的多样性以及配体数目的多变性,使得形成的配合物和配位交联聚合物具有很多特殊的性能(如非线性光学特性,磁性,介电性和催化活性)。因此,我们立足于配位化学与高分子化学的交叉融合,从高强度自修复材料的设计合成和自修复材料的应用两方面入手开展工作。通过对可逆化学键特别是配位键的精心设计,得到了系列具有高弹性、刚性或韧性的自修复材料。同时,将自修复材料应用于国防、航空航天、3D打印、特种胶黏剂、医用外固定支架等领域,为自修复材料的进一步产业化应用打下良好的基础。
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