黄光速、吴锦荣PNAS：在室温自修复玻璃态聚合物上取得重要研究进展

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高分子科学与工程学院黄光速教授和吴锦荣教授团队在室温自主自修复玻璃态聚合物上取得的重要研究成果“Room-temperature autonomous self-healing glassy polymers with hyperbranched structure”，在PNAS(《美国科学院院报》)以原创性论文全文形式发表。吴锦荣教授为通讯作者，四川大学高分子科学与工程学院作为通讯作者单位。
      玻璃态聚合物具有高模量和高强度，作为结构材料广泛应用于航空航天、车辆、建筑、医疗设备等领域。目前的玻璃态聚合物破损后不能自修复，降低材料使用寿命，甚至带来严重的安全隐患。例如，由聚碳酸酯材料制作的飞机玻璃窗户不能自主修复机械损伤，可能导致空难的发生；手机屏幕破损后只能进行更换，导致资源的浪费。因此，开发能够室温自主自修复的玻璃态聚合物具有重要的意义，但仍是一个巨大的挑战。
       该研究工作利用超支化聚合物外部的支化链和末端基团具有高运动性的特点，在超支化大分子上巧妙地引入多种氢键的互补基团，制备了能够室温自主自修复玻璃态的聚合物。此类聚合物在应力作用下产生微观裂纹或宏观断裂时，能够自愈合，在电子显示设备、艺术品和建筑行业上有较好的应用前景。

       研究人员通过丁二胺（BDA）和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）的Michael加成反应制备了一系列不仅含有伯胺端基，而且在支链上还含有酰胺基团和仲胺基团的无规超支化聚合物（RHP）。众多的酰胺和氨基基团可以形成致密的氢键，使得RHP的Tg最高达到49 ℃，拉伸强度最高达到18.5 MPa，室温下的储能模量最高达2.7 GPa，因此，RHP是一种玻璃态聚合物。使用宽频介电松弛谱、NMR和二维红外分析等研究发现，即使在玻璃态下，分支单元和末端基团也具有高的运动性。同时，由于RHP的无规支化结构，使得RHP分子链无规堆砌，因此，互补基团一部分形成氢键，另一部分未形成氢键而处于游离状态；在具有运动性的支化链和末端基团的驱动作用下，游离状态的互补基团与形成氢键的互补基团交换重组，赋予玻璃态超支化聚合物在室温下的自主自修复能力。断裂后的RHP在1分钟内拉伸强度可以恢复5.5 MPa，并且随着修复时间的延长修复效率逐渐增加，在48 h达到75.56%。这项工作为构建具有室温自修复能力的玻璃态聚合物提供了一种新的策略和机理。
      论文第一作者为我校硕士生王豪为，第二作者为博士生刘汉超，第三作者为博士生曹振兴。研究工作得到黄光速教授、张睿博士、杨斌博士和Olaf Kessler教授的支持。
      该研究工作得到国家自然科学基金（51873110，51673120）、高分子材料工程国家重点实验室（sklpme2019-2-14）和中央高校基础研究经费的资助。
       据悉，PNAS作为美国国家科学院院刊，是公认的世界四大名刊（Cell，Nature，Science，PNAS）之一。自1914年创刊至今，PNAS不断提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。PNAS收录的文献涵盖化学、生物、物理、医学、大气科学、生态学和社会科学，坚持至少由一名美国国家科学院院士负责审稿，成为全球科研人员不可或缺的科研资料。
全文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/05/06/2000001117
       文章来源：四川大学
       黄光速，女，1955年7月生，博士，教授，博士生导师。四川大学高分子材料系系主任，四川省橡胶协会理事，《合成橡胶工业》杂志编委。 1982年毕业于原成都科技大学高分子材料系，获工学学士学位。曾在成都化工研究设计院从事科研工作， 1993年硕士毕业后留校从事教学科研工作，继后在职攻博，获博士学位并晋升为教授。 在化工研究设计院期间，作为职业科研工作者，黄光速同志主持和参加过多项科研项目的研究工作。
       吴锦荣，四川大学教授、博士生导师、高分子材料工程国家重点实验室（四川大学）固定人员。毕业于四川大学高分子科学与工程学院，分别于2003年和2008年获学士和博士学位（导师黄光速教授）。2007.8-2008.9年Texas Tech University访问学生（导师Gregory B McKenna），2014.1-2016.1年Harvard University访问学者（合作导师David A Weitz）。2009年留校任教，主要研究方向为弹性体材料的高性能化、功能化、自修复及相关理论问题。主持了国家自然科学基金面上项目2项，青年项目1项，教育部博士点基金1项，横向项目多项。以第一作者和通讯作者在Advanced Materials, Macromolecules, Green Chemistry, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces, Biomacromolecules, Applied Physics Letters, Soft Matter, Chemical Engineering Journal等SCI收录国际期刊上发表论文50余篇。相关文章被Science，Washingtonpost，Material Today，Science Daily，Phys.org，European Rubber Journal，中国科学院，新华网，搜狐，新浪等多个媒体专题报道。申请中国发明专利13项，美国发明专利2项。获得 “中国橡胶科技创新奖”等荣誉，是Science, Science Advances, Proceedings of the National Academy of Sciences, Angew Chem Int Ed, Advanced Functional Materials, Macromolecules，Journal of Materials Chemistry等杂志的审稿人。