ACS Appl. Mater. Interfaces｜能够自愈毫米级切口损伤的透明聚合物膜

2018-04-20 10:09:50 作者：本网整理来源：材料前沿科技分享至：

引言

透明聚合物薄膜在电子和光学设备中作为保护层和功能层是必不可少的。在日常使用过程中，透明聚合物薄膜会因磨损，切割或撞击而受损，从而导致图像模糊并降低透明度。因此，增强其坚固性和耐划伤性，同时保持良好的透明度，是制备透明聚合物膜最具挑战性的方面之一。虽然可以通过加入无机纳米填料或刚性链聚合物来加强透明聚合物薄膜的坚固性，但长期使用后薄膜上仍不可避免地出现划痕。此外，增强透明聚合物薄膜的坚固性极大地挑战了损伤三维的修复和替换。考虑到上述事实，开发一种提高透明聚合物膜耐久性的替代方法是非常可取的，但仍然是一个很大的挑战。

受自然界中可自我修复受损组织及功能的活生物体的启发，科学家们成功制造了能够修复损坏的人造自愈材料，以延长各种材料（如混凝土，金属，塑料等）使用寿命并提高其可靠性。根据愈合过程中是否需要外部愈合组分，自愈材料可以分为外在和内在自愈材料。目前新兴的自修复材料，其关注的焦点一般在于能够自修复的防雾、耐腐、超疏水或导电材料。尤其是透明薄膜，其与自愈能力的结合为增加透明薄膜耐用性提供了新的有效手段。

主要内容

大量研究表明，聚合物链分子间相互作用的强度极大影响自修复材料的愈合效率。吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室李洋教授等通过静电相互作用将氢键单元结合到两性离子聚合物膜中，制备出能够修复毫米级切口的透明聚合物膜。当膜由于氢键和静电相互作用的可逆性而吸水时，所得膜中的分子间相互作用大大降低，从而促进了膜材料的流动性。因此，透明膜能够愈合7.9毫米宽的切口并在暴露于水后恢复其受损的透明度。由于氢键相互作用的强度较弱，当膜吸水时，透明膜的分子间相互作用大大减弱，从而极大提高膜材料的流动性，利于薄膜材料输送到受损区域，致使薄膜上的毫米级切割可以完全愈合。此外，由于两性离子聚合物膜与水具有较强结合能力，通过水洗亦可以容易地除去其干膜上的油垢。

图文赏析

图1.（a）MSA和AMPS的化学结构；（b）TiO2NP催化凝胶化过程示意图；（c）可固化的透明PMSA-co-AMPS n膜的制造过程示意图。

图2.（a）作为混合物溶液体积函数的PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2膜厚度；PMSA-co-AMPS0.1薄膜（b）顶视图和（c）横截面SEM图像；（d）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜的透射光谱，插图显示了PMSA-co-AMPS0.1膜的照片图像；（e）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-coAMPS0.2薄膜的FTIR光谱；（f）40％RH环境下PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜的杨氏模量。

图3在90％相对湿度环境中PMSA-co-AMPS0.1的（1）划伤膜和（2）愈合30分钟之后膜的（a）AFM和（b）光学图像；（c）PMSA-co-AMPS0.1薄膜制备状态（黑色），划痕状态（蓝色）和愈合状态（红色）的透射光谱；（d）PMSA膜，（e）PMSA-co-AMPS0.1膜和（f）PMSA-co-AMPS0.2膜在划伤前后的的光学显微镜图像。

图4. 在90％RH环境中划伤的（a，b）PMSA-co-AMPS0.1，（c，d）PMSA-co-AMPS0.2和（e，f）PMSA薄膜在愈合之前（a，c，e）和愈合之后（b，d，f）的光学图像（左）和显微镜图像（右）；（g）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜上可完全愈合的划痕的最大宽度。

图5.（a）40％RH环境下PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜上愈合区域的杨氏模量；（b）70％RH环境下PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2薄膜的杨氏模量；（c）PMSA，PMSA-co-AMPS0.1和PMSA-co-AMPS0.2湿膜的储能模量。