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文章来源: 新华网       发布时间:2019-02-12

日本研究人员日前开发出一种切断后可自动修复的高分子材料,这一成果有望应用于各种需要材料本身能自我修复的场景。


日本理化学研究所和日本九州大学的研究团队使用一种稀土类金属钪作为催化剂,成功地在常压下将乙烯与苯甲酰丙烯合成了一种聚烯烃高分子材料,这种新材料具有极强的柔韧性和弹性,且像液体一样,即使将其切断也会依靠分子间的相互作用自动复原。

日开发出断开后可复原的高分子材料 为修复性材料设计提供指导

日开发出断开后可复原的高分子材料 为修复性材料设计提供指导

日开发出断开后可复原的高分子材料 为修复性材料设计提供指导

研究发现,这种材料不仅在空气中具备自我修复和形状记忆能力,在水中和酸中以及碱性水溶液中也同样具备这种能力,且不需额外施加任何作用力。


研究人员称,以往的自我修复性材料的分子间相互作用容易受到水或者酸的破坏,在多变的自然环境中难以发挥功能,而且合成程序复杂。这种新型高分子材料成本较低,可以大量合成。这一研究成果给今后自我修复性材料的设计研发提供了重要指导。


合作研究小组利用聚氨酯(Sc)催化剂在乙烯1气压的条件下与阿尼基丙烯聚合,在一个阶段成功获得相对高分子量的聚烯烃。根据构造分析的结果,不仅是动漫丙烯和乙烯的交替组合,而且还有乙烯连锁结构。


得到的聚烯烃,增加率约2200%不仅表示出色的环形物质性,有了自我修复性能的事变得清楚了。如果你不需要施加外部的任何刺激和能量,你不仅可以在大气中进行修复,还可以在水中、酸性和碱性水溶液中完成自我修复。


另外,类官能团t-bu基一样的嵩高官能团而改变,可以控制聚合物的热物性,在室温下,作为硬塑料举止,加热和弹性体凝聚态材料合成的可能。我们发现,通过适当地利用该性质并进行温度控制,该聚合物可以作为形状记忆材料发挥作用。将这个聚合物在50至50的加热状态下变形,然后冷却到室温就会在变形状态下凝固。接着将其加热至50℃时快速返回原来的形状,形状固定率以及形状恢复率以99%表现出良好的形状存储特性。而且,反复变形的时候也没有看到机能下降。


各种测量结果,弹性体凝聚态和自我修复性及形状记忆特性,发现的理由之一,乙烯的单元作为柔软成分轮流工作,乙烯-乙烯连锁的坚硬的晶体单元可以作为物理架桥分工作网络结构的构建正在成为重要的钥匙我明白了。


通过氢的结合和离子的结合,现有的自修复材料在水中的相互作用会被削弱,因此,水的功能会下降。但是,此次开发的聚烯烃的乙烯-乙烯连锁的结晶和乙烯单元的单元轮流,为了不受水的影响,不仅是大气中、水、酸、碱性水溶液中也可以自我修复性和形状记忆特性,发现分大的特征。


今后的期待


本研究中,稀土金属催化剂的使用,使得极性乙烯的实现精密共聚合、干燥空气中不仅水、酸、碱性水溶液中自我修复性能和形状记忆性能表现出新的功能性聚合物的创制成功了。本研究成果为今后的自我修复材料的设计与开发提供了重要的指导。


另外,此次开发的聚合物是简便合成,官能团的适当的选择可以根据热物性及机械物性的控制,在各种各样的环境中自我修复的可能性、实用性高的新型功能性材料的开发,做出巨大贡献和期待。


而且这次的研究是在联合国2016年确定的17个项目“可持续发展目标(SDGs)”中“12.创造责任、负责、责任”中做出巨大贡献的成果。


相关研究成果已发表在新一期《美国化学学会杂志》网络版上。


关于日本理化研究所:


日本理化学研究所RIKEN(RIkagaku KENkyusho/Institute of Physical and Chemical Research)简称理研,属于文部科学省。是日本资本主义之父涩泽荣一于1917年设立的大型自然科学研究机构。二战期间曾为日本核研究的研究机构。

日开发出断开后可复原的高分子材料 为修复性材料设计提供指导

其研究领域包括物理、化学、生物学、工学、 医学、生命科学、材料科学、信息科学等,从基础研究到应用开发十分广泛。RIKEN有大约3000 名研究人员,每年的预算约62亿人民币,大部分研究经费来自政府。1982年RIKEN与中国科学院缔结了多方位的研究合作协议,很多中国研究人员在RIKEN从事研究工作,为中国科学技术的发展做出了贡献。


理化学研究所的本部位于埼玉县和光市,在茨城县筑波市、兵库县佐用郡、神奈川县横滨市、兵库县神戸市、宫城县仙台市、爱知县名古屋市及东京都板桥区设有分所。


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