表面有灰尘也不怕，粘附力超强的自愈弹性体

材料自愈合特性能够有效提升材料体系的使用寿命。近年来，科学家们通过动态可逆共价键体系、多重氢键网络以及过渡金属多重络合作用等策略，开发了一系列具有优异自愈合性能的新型功能材料。其中，在自愈合弹性体材料体系方面，有效提升材料体系自愈合能力并维持其高机械强度一直是人们关注的重点。然而，兼具优异自修复能力、高机械性能及强界面粘附性的弹性体材料在皮肤电子学、密封及柔性可穿戴电子设备等领域具有迫切应用需求，但相关研究却鲜见报道。

近日，美国橡树岭国家实验室（ORNL）Peng-Fei Cao、Diana Hun、Tomonori Saito等研究者围绕自愈合弹性体体系构成调控，在弹性体材料界面粘附性提升方面取得了重要突破。研究团队基于聚合物共混策略，实现了具有自愈合性能及超高界面粘附性新型弹性体（ASHA-Elastomer）的大规模、简便、高效制备。该新型弹性体材料断裂伸长率高达2102%、韧性模量达1.73 MJ m^-3；同时，材料兼具强环境适应性的室温自愈合性能。该自愈合弹性体材料的粘附力高达3488 N m^-1，远远超过以往报道的其他自愈合弹性体。更引人注意的是，这种弹性体的高粘附力对表面的洁净度要求不高，受表面灰尘的影响几可忽略不计，这与常规粘附材料形成了鲜明对比。这种超高粘附性的自愈弹性体适于不同环境体系，可用于密封剂、粘合剂以及可拉伸设备等。

新型自愈合弹性体构成及性能示意图。图片来源：Adv. Funct. Mater.

研究团队以BCOE为单体通过一步自由基聚合制备了聚合物Poly(BCOE)（下图）。该聚合物在室温下具有优异的链段运动能力，柔韧性卓越，断裂伸长率达3000%；同时，聚合物链结构中的氢键体系赋予其自修复能力。

Poly(BCOE)结构表征及柔韧性展示。图片来源：Adv. Funct. Mater.

通过将Poly(BCOE)与硅基前驱体共混、固化（30 ℃，1周），得到室温下具有高粘附性的新型弹性体材料。该弹性体材料为多相体系且热稳定性良好，耐热温度高于250 ℃；复合体系的柔韧性、自愈合性能随Poly(BCOE)含量的增加而提升。液体硅基前驱体的高流动性保证了体系在基材表面的充分润湿接触，利于固化后高界面粘附性的实现。同时，材料体系结构中的疏水端基等低表面能组分保证了体系在高湿度或水环境下的优异自修复性能；在室温条件下2天基本实现断裂面的完全愈合，随温度的提高体系自愈合能力能够进一步提升 (40 ℃，12 h)。

体系的机械性能及自愈合性能测试。图片来源：Adv. Funct. Mater.

基于自愈合弹性体体系（硅基前驱体与Poly(BCOE)组分比例）优化，体系在铝基材表面最优界面剥离强度可达4960 (±253) N m^-1（远超过以往文献报道最大值）。此外，基于硅基前驱体的高流动特性，该弹性体体系对表面带有污垢、沙粒的基材表面仍展现出优异的界面粘附强度。

体系界面粘附强度及表面不同洁净度基材普适性测试。图片来源：Adv. Funct. Mater.

总结

本文基于简单的体系组分设计优化，实现了兼具高柔韧性、优异自愈合性能和超高界面粘附性的新型复合弹性体材料体系构筑。该研究成果中，新型粘附性弹性体体系展现出的优异综合性能和环境普适性，作为一种新型功能性材料在汽车、电子、生物医学等领域具有广阔的应用开发潜力。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Autonomous Self-Healing Elastomers with Unprecedented Adhesion Force

Zhen Zhang, Natasha Ghezawi, Bingrui Li, Sirui Ge, Sheng Zhao, Tomonori Saito, Diana Hun, Peng-Fei Cao

Adv. Funct. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adfm.202006298