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  具有優(yōu)異機械性能和室溫自修復能力的導電彈性體在眾多新興領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。但由于強度和自修復性能之間的內(nèi)在矛盾，以及導電層與基體界面粘合力不足，其制備仍然具有挑戰(zhàn)性。此外，傳統(tǒng)彈性體嚴重依賴石油基原材料，不利于相關產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

  基于動態(tài)非共價相互作用的超分子彈性體，在相對溫和的條件下具有優(yōu)異的自修復性能。但非共價交聯(lián)聚合物通常需引入高含量納米填料來提升機械強度，卻嚴重弱化了自修復性能。因此，在低填料負載下實現(xiàn)彈性體機械性能與自修復性能的平衡，并通過簡單方法實現(xiàn)功能整合，需要實施合理的結構設計。

  近日，西南大學曾建兵教授課題組將聚多巴胺（PDA）引入到羧基化纖維素納米纖維（CCNF）增強的氧化天然橡膠基體中，成功制備了具有優(yōu)異機械性能和自修復性能的超分子彈性體復合材料（SECs）。在CCNF的誘導下，PDA納米粒子被定位在CCNF網(wǎng)絡中，從而在橡膠基體內(nèi)形成具有多重界面氫鍵相互作用的隔離網(wǎng)絡。隔離填料網(wǎng)絡促進了應變誘導結晶行為，并在拉伸過程中有效耗散能量，使SECs在較低的填料負載量下?lián)碛袃?yōu)異的機械性能。低填料負載也降低了對自修復性能的影響，巧妙地平衡了SECs的機械性能和自修復能力。PDA的引入使SECs能夠作為光熱轉換彈性體并實現(xiàn)近紅外激光誘導的快速自修復。此外，PDA的固有粘附性使得SECs還可以通過簡單的浸涂技術制備導電橡膠膜，并應用于柔性應變傳感器。這種“一石三鳥”策略同時解決了機械強度、動態(tài)修復性與功能適應性方面的關鍵挑戰(zhàn)。

圖1. SECs的制備及結構示意圖。

圖2. SECs的力學性能。

圖3. SECs的光熱轉換性能。

圖4. SECs的自修復性能。

圖5. SECs通過浸涂技術制備導電橡膠膜。

圖6. 導電橡膠膜的應變傳感性能。

  該研究同時解決了導電彈性體在機械性能、動態(tài)修復性與功能適應性方面的重要挑戰(zhàn)。首先，在CCNF的輔助下，PDA納米顆粒被定位在CCNF網(wǎng)絡中，從而在橡膠基體中構建具有多重界面氫鍵相互作用的隔離填料網(wǎng)絡。這一設計巧妙平衡了機械性能與自修復能力之間的矛盾。ONR/P3C3樣品的拉伸強度高達15.33 MPa，同時保持了834%的斷裂應變，顯著優(yōu)于先前報道的、具有相近填料負載量的復合材料。ONR/P3C3在修復5 h后應力達到13.41 MPa，自修復效率為87.5%。其次，PDA的引入賦予了SECs穩(wěn)定的光熱轉換性能，使其適用于光-熱-電轉換，并能夠?qū)崿F(xiàn)SECs快速、精準的自修復。最后，利用填充在彈性體中的PDA的固有粘附性能，通過簡單的浸涂法即可在彈性體表面輕松構建導電層，從而制備出適用于柔性應變傳感器的導電橡膠膜。

  相關成果近期以“Mechanically Robust and Room-Temperature Self-Healing Biobased Conductive Elastomers with Polydopamine-Functionalized Segregated Structure”為題發(fā)表在Macromolecules上。論文的第一作者為西南大學化學化工學院博士生吳明亮，通訊作者為曾建兵教授。該研究得到中央高校基本科研業(yè)務費專項資金（SWU-XDJH202314）支持。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01844