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南京理工大學(xué): 剛度可調(diào)的高韌性超分子塑料—提升氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器靈活度和穩(wěn)定性
  發(fā)布日期:2024-08-21

剛度可調(diào)材料因其在機(jī)械性能上的靈活性和適應(yīng)性,有望應(yīng)用于柔性機(jī)器人、生物支架以及智能防護(hù)等領(lǐng)域。例如,研究人員以液體金屬和石蠟為應(yīng)變限制層材料,制備了柔性氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。通過改變應(yīng)變限制材料的溫度,實(shí)現(xiàn)剛度調(diào)控(基于固-液相變轉(zhuǎn)換),從而提升驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載能力和驅(qū)動(dòng)變形方向。

然而,以往報(bào)道的剛度可調(diào)材料的韌性較低、無法自修復(fù)且在低剛度時(shí)是液態(tài),不利于提升驅(qū)動(dòng)器的力學(xué)穩(wěn)定性、負(fù)載能力以及耐用性。相比于相變材料,基于高密度鍵網(wǎng)絡(luò)的超分子塑料具有剛度可調(diào)且自修復(fù)的優(yōu)勢(shì),但仍無法兼顧常溫下的高剛度、高韌性以及高溫下的保形性(在低剛度狀態(tài)下的蠕變能力弱)。這主要是由于這幾項(xiàng)性質(zhì)對(duì)分子間相互作用以及分子鏈動(dòng)態(tài)性的要求不一致導(dǎo)致。例如,高剛度要求分子鏈運(yùn)動(dòng)受限,而自修復(fù)性需要高的分子鏈動(dòng)態(tài)性以利于結(jié)構(gòu)重組;低剛度下的保形性要求具備一定的永久交聯(lián)點(diǎn),但這勢(shì)必會(huì)影響自修復(fù)性能。因此,開發(fā)新的策略,同時(shí)實(shí)現(xiàn)高剛度可調(diào)范圍、自修復(fù)性、高韌性和高溫下的低蠕變能力是一項(xiàng)重要且艱巨的挑戰(zhàn)。

近日,南京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院傅佳駿/姚博文團(tuán)隊(duì)針對(duì)力學(xué)剛度可調(diào)的高分子塑料在可拉伸性、韌性以及自修復(fù)性上的不足問題,提出基于強(qiáng)靜電相互作用與高密度氫鍵協(xié)同的超分子作用交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),制備了兼具有高模量、高韌性、高可拉伸性、剛度可調(diào)性以及較低溫度下的修復(fù)性的超分子塑料,并探索了其在多模態(tài)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用。相關(guān)工作發(fā)表以題Ultra-Tough, yet Rigid and Healable Supramolecular Polymers with Variable Stiffness for Multimodal Actuators發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域頂刊Angew. Chem. Int. Ed. 上(DOI: 10.1002/anie.202410693)。論文第一作者為南京理工大學(xué)碩士研究生荊佳杰,通訊作者為傅佳駿教授和姚博文副教授。

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