Weak Covalent Bonds and Mechanochemistry for Synergistic Self-Strengthening of Elastomers

机械化学 化学 共价键 弹性体 高分子科学 纳米技术 有机化学 材料科学
作者
Xuefen Li,Wen‐Sheng Zou,Wenshuai Zhao,Yudong Sun,Anyang Tang,Shufen Zhang,Wenbin Niu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c14796
摘要

The macroscopic properties of elastomers are intimately linked to their molecular reactivity and mechanisms. Here, we propose a new strategy for designing strengthening materials based on the synergy of weak covalent bonds and mechanochemistry. After mechanical treatment, the failure strength and toughness of the elastomer increased from 2.37 ± 0.05 MPa and 11.34 ± 0.30 MJ/m3 to 6.02 ± 0.04 MPa and 18.40 ± 0.30 MJ/m3, respectively, while maintaining excellent tensile properties. Notably, experimental tests, theoretical calculations, and small-molecule reaction model results show that the sulfur–carbon bond is more prone to homolysis, and the reactive sites are between sulfur radicals and the end-positioned carbon of the vinyl. The C–S weak bond of spirothiopyran (STP) first undergoes homolysis to dissipate energy suffering from external stress, and the radical-mediated click reaction leads to the interchain cross-linking, thus enhancing the mechanical strength. In the end, the prepared elastomer is further used to construct a photonic elastomer, which exhibits not only mechanical force-enhanced strength but also mechanochromism. The present work provides an opportunity for innovative design of self-strengthening materials, and the prepared novel self-strengthening elastomer has broad applications in visualized strain monitoring, electronic skin, soft robots, and other fields.
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