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山東大學化學與化工學院王旭教授團隊建立超分子增韌新方法并研制超強韌彈性材料

來源：山大視點      2023-05-25
導讀：近日，山東大學化學與化工學院國家膠體材料工程技術研究中心王旭教授團隊在超分子增韌機制研究及超韌高分子彈性體研制方面取得重要進展。超分子作用促進了高韌性彈性材料的發展，然而驅動超分子增韌的根本原因未被深入探索，針對高韌性材料的合理設計仍十分困難。王旭教授團隊建立了一種簡單有效的方法，通過錯配超分子作用來增韌熱塑性彈性體，從而研制出超強韌的彈性材料。相關研究成果以“Development of Tough Thermoplastic Elastomers by Leveraging Rigid–Flexible Supramolecular Segment Interplays”為題，發表在化學領域國際權威期刊Angew. Chem. Int. Ed.（IF = 16.823）上。文章通訊作者為王旭教授，第一作者為博士生王璐平，山東大學為唯一通訊作者單位。

該工作設計了一種利用剛性和柔性超分子片段協同增韌熱塑性彈性體的方法，有效避免了過度的超分子聚集，從而研制出世界上韌性最高的彈性材料SPUU-DA，其韌性（1.2 GJ m?3）是最韌天然材料（達爾文蜘蛛絲，354 MJ m?3）的3.4倍，是現有最韌合成彈性體（一種基于氫鍵的導電彈性體，615 MJ m?3）的2.0倍，引領材料的韌性進入了GJ m-3時代。通過SAXS、XRD、DSC以及理論模擬等手段，輔以耗散能表征，證實了SPUU-DA彈性體的高韌性源于分子結構內的錯配超分子作用。SPUU-DA彈性體還具有非凡的斷裂真應力（2.3 GPa），高拉伸性（~2900%應變），超強的抗損傷能力和損傷容限，良好的彈性，優異的愈合能力，多次回收性，抗沖擊性和良好的緩沖能力。

文章對材料的錯配超分子作用增韌機制進行了反復驗證，通過合成一系列超分子彈性體并研究其性能，從而證實了該增韌策略的普適性。作者還在文章的最后詳細闡述了高韌性超分子彈性體在高性能復合材料、抗沖擊涂層、介電彈性體等領域的潛在應用模式。

該研究工作得到了國家自然科學基金的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301762



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