Thermodynamically stable whilst kinetically labile coordination bonds lead to strong and tough self-healing polymers

韧性 聚合物 材料科学 配体(生物化学) 自愈材料 模数 弹性模量 复合材料 化学工程 化学 自愈 受体 病理 工程类 替代医学 医学 生物化学
作者
Jian‐Cheng Lai,Xiaoyong Jia,Da‐Peng Wang,Yibing Deng,Peng Zheng,Cheng‐Hui Li,Jing‐Lin Zuo,Zhenan Bao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:314
标识
DOI:10.1038/s41467-019-09130-z
摘要

Abstract There is often a trade-off between mechanical properties (modulus and toughness) and dynamic self-healing. Here we report the design and synthesis of a polymer containing thermodynamically stable whilst kinetically labile coordination complex to address this conundrum. The Zn-Hbimcp (Hbimcp = 2,6-bis((imino)methyl)-4-chlorophenol) coordination bond used in this work has a relatively large association constant (2.2 × 10 11 ) but also undergoes fast and reversible intra- and inter-molecular ligand exchange processes. The as-prepared Zn(Hbimcp) 2 -PDMS polymer is highly stretchable (up to 2400% strain) with a high toughness of 29.3 MJ m −3 , and can autonomously self-heal at room temperature. Control experiments showed that the optimal combination of its bond strength and bond dynamics is responsible for the material’s mechanical toughness and self-healing property. This molecular design concept points out a promising direction for the preparation of self-healing polymers with excellent mechanical properties. We further show this type of polymer can be potentially used as energy absorbing material.
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