陈海明、茅东升等在多功能遥爪型纳米材料领域取得进展

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具有优异力学性能、快速自修复能力、摩擦起电性甚至特殊光学性质的纳米材料在众多的领域特别是海洋领域如海洋防污、防腐涂层，水下储能、水下封装、柔性传感、智能显示等集成型高科技产业中显示出巨大的应用前景。但由于这些优点通常源自不同的分子机制，因此将它们同时集成到一种合成材料中是一个长期存在的挑战。
　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室纳米复合工程材料团队陈海明副研究员、茅东升研究员等人，受神经元轴突结构的启发，合成了一种三臂结构的遥爪型纳米结构聚合物。该聚合物可以同时满足优异力学、快速自修复、摩擦起电和显示荧光的特性。通过在该遥爪型纳米材料的每条臂中嵌入大量脲基，构建了多级氢键网络，来模拟神经元网络；通过缩短每条臂长度，减弱分子链缠结，从而极大提高了自修复速率。研究表明，仅需调整体系氢键密度和分子臂长度，即可轻松实现纳米结构材料宏观多种性能的调控。最终，该纳米聚合物展现出优异的弹性模量（97.9MPa）、强度（22.5MPa）、断裂伸长率（1470%）、韧性（159.3MJ/m3），以及良好的抗缺口性能（187kJ/m2）和快速自修复能力（92%，0.5h）。同时，大量的氢键赋予材料良好的粘接能力，与铁板的搭接剪切强度可达20.7MPa。在去离子水、盐水、有机溶剂等多种环境中均表现出优异的环境稳定性，在水下封装和水下黏附领域具有重大的潜在应用前景。据了解，这是目前所报道热熔胶粘结强度的最高值。

图 遥爪型纳米聚合物的链结构和应用

　　此外，这种遥爪型纳米材料在与铜板接触分离时表现出优异的摩擦起正电行为，其开路电压VOC与常用的摩擦起负电材料聚四氟乙烯（PTFE）相当，可以很好地补充摩擦起正电材料。更有趣的是，在这种类固体聚合物中观察到了聚集诱导发光的荧光现象，这使其在水下防伪领域具有潜在的应用前景。这项工作极大地丰富了高性能、多用途纳米材料的设计思路，拓宽了其应用领域。相关工作以“Neuron Inspired All-Around Universal Telechelic Polyurea with High Stiffness, Excellent Crack Tolerance, Record-High Adhesion, Outstanding Triboelectricity, and AIE Fluorescence”为题发表在最新一期的Advanced Functional Materials（文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202204263  DOI：10.1002/adfm.202204263）。
　　该工作得到了国家自然科学基金（52103014）、浙江省领军型创新团队项目（2021R01005）以及宁波市“甬江引才计划”创新团队项目（2021A-045-C）等项目的支持。
       文章来源：宁波材料所
       茅东升，博士，中科院宁波材料所研究员。在多家知名的高科技企业从事先进材料研发、应用、产业化工作近20年，期间曾担任美国上市高技术企业工程副总裁。近年来，在纳米材料、复合材料、纳米复合材料等先进材料领域已取得多个原创性研究成果，并成功在终端产品获得大批量生产、销售及使用。已获美、日等国授权专利40余件，发表50余篇学术论文。