基于交联键稳定性设计的低温快速自修复聚氨酯超分子构筑及柔性应变传感应用
批准号:
52103247
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴献章
依托单位:
学科分类:
光电磁功能有机高分子材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴献章
中文摘要
自修复超分子作为一种新型柔性材料,在柔性电子新科技中受到高度重视。目前该类材料的主要瓶颈问题为交联键强度、超分子网络刚度等因素相互牵制导致材料在低温环境下的自修复能力和力学性能无法被同步提高。为此,研究者提出了关键在于革新交联键设计观念的新思路。本项目拟开发兼具低温快速自修复能力和优异力学性能新型聚氨酯超分子材料,探究利用交联键热力学和动力学稳定性特征促进低温环境下超分子网络强度和动态特性。通过考察材料的分子量分布,交联密度,分子链迁移与超分子自修复能力和力学性能的相互关系,揭示交联键稳定性促使超分子低温自修复能力和力学性能提高的原理。通过建立动态交联键的能量耗散机制,探讨低温环境下交联键断裂/再形成和分子链迁移的关键过程,探明低温自修复机理,研究出在-20℃下兼具快速自修复能力和优异力学性能的超分子,为长寿命、高稳定性柔性传感器的研制提供理论依据和技术指导。
英文摘要
As a new type of flexible materials, self-healing supramolecules have attracted much attention in the new technology of flexible electronics. At present, the main bottleneck problem of this kind of materials is that the cross-linking bond strength, supramolecular network stiffness and other factors mutually restrict the self-healing ability and mechanical properties of materials in low temperature environment, which cannot be improved simultaneousl. Therefore, the researcher put forward a new idea that the key lies in innovating the design of cross-link key. In this project, a new polyurethane supramolecular material with low temperature rapid self-repairing ability and excellent mechanical properties is developed. The thermodynamic and kinetic stability characteristics of cross-linked bonds are explored to promote the strength and dynamic characteristics of supramolecular networks in low temperature environment.The relationship between molecular weight distribution, crosslinking density, molecular chain migration rate and supramolecular self-repair ability and mechanical properties was investigated. The principle that the stability of crosslinking bond promotes the improvement of supramolecular low temperature self-repair ability and mechanical properties was revealed. By establishing the energy dissipation mechanism of dynamic crosslinking bond, exploring the key process of crosslinking bond fracture/re-formation and molecular chain migration in low temperature environment, exploring the mechanism of low temperature self-repair, and studying the supramolecular with fast self-repairing ability and excellent mechanical properties under -20℃studied, which provides theoretical basis and technical guidance for the development of long life and high stability flexible sensors
自修复超分子材料凭借其高韧性、抗疲劳、高弹性以及损伤后的自修复能力,在航空航天、柔性电子、交通运输和深海探测等关键领域展现出巨大的应用潜力。然而,在低温环境下同时实现快速自修复与优异力学性能,依然是该领域亟需解决的科学难题。本项目针对这一挑战,提出了基于动态键设计的创新策略。通过将热力学稳定但动力学不稳定的Zn配位键引入聚氨酯超分子交联网络中,成功构建了一种兼具优异力学性能和高效低温自修复能力的聚氨酯超分子。项目通过系统分析超分子的组成、结构及理化性质,全面评估了聚氨酯超分子在低温环境下的自修复效率与力学性能。研究深入探讨了交联键稳定性对材料自修复性能的影响,同时揭示了单体链长和柔软度对力学与动态特性的调控作用。实验结果表明,交联键的稳定性是决定聚氨酯超分子低温自修复效率和力学性能的关键因素。基于这些发现,我们成功开发了一种基于交联键稳定性与多重动态键设计的低温快速自修复、高韧性超分子材料体系。此外,本项目探明了聚氨酯超分子的交联网络和低温自修复机制,重点研究了自修复界面的化学和原子结构,揭示了低温条件下超分子动态特性增强的原理,并阐明了动态交联键稳定性、聚合物分子构象与链段迁移在自修复中的协同作用。最后,本项目以聚氨酯超分子为基底材料组装了柔性应变传感器。该传感器在低温环境下展现出优异的自修复能力,推动了相关领域的技术进步与应用拓展。项目共发表SCI研究论文8篇,并培养硕士研究生2名。
基于分子链取向设计的宽温域纤维素基聚氨酯润滑有机凝胶的构筑及润滑涂层应用
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批准号:2025JJ50263
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:吴献章
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依托单位:
低温环境下聚氨酯超分子的自修复能力和力学性能优化设计及柔性传感应用
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批准号:2022JJ40877
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2022
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负责人:吴献章
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依托单位:
国内基金
海外基金