自修复材料是一类在受到损伤后可以修复自身结构和性质的智能材料。基于这种材料制备的器件具有更长的使用寿命，更高的安全性，同时可以节约生产成本，减少材料合成及应用过程中对环境的污染和影响等优点。目前，科学家们已开发出许多具有自修复能力的材料，并将其应用于涂料、药物输运、锂电池材料、柔性电子等许多领域。从化学反应的角度上来看，一些具有自修复能力的材料是基于共价键的形成，如利用Diels-Alder反应；另一些则是基于非共价键的相互作用，如氢键、π-π堆叠、金属-配体络合等。大多数的自修复材料的修复过程需要特定的环境刺激，如温度、电场、压力等，并且需要一定的修复时间，另外这些材料的分子结构也需要经过精心的设计和合成。有的自修复过程只能在较苛刻的条件下发生，如高温、无氧、酸性环境等。因而，开发具有绿色的制备及使用过程，并且具有较温和的自修复环境条件的可修复材料仍然是该领域的一个挑战。
自修复过程在环境中广泛存在，如动植物具有良好的伤口自愈合能力。这些自然界发生的自修复过程大多在室温下即可发生，并且材料对环境友好、可再生，而这些修复过程在分子水平上又源自于氢键作用。因而，采用天然大分子材料可以形成许多氢键的特性，研究者有机会构筑出基于氢键作用的绿色自修复体系。
在对传统天然大分子材料的重新探索的过程中，澳大利亚莫纳什大学的侯觉博士和苏彬博士的研究小组以支链淀粉、水和盐作为基本原料，制备了一种绿色氢键网络（Green Hydrogen Bonded Network，GHBN）。该体系具有可愈合、可塑、可打印、导电、可再生等多种特性，并且材料成分环境友好，成本低廉。在这种绿色氢键体系中，支链淀粉和水基于氢键相互作用形成空间网络的骨架结构，盐在水相中溶解形成的可自由移动的阴阳离子充当载流子，从而实现了导电特性。这种复合物具有良好的可修复特性，块体相接处后在室温下仅需耗时2-3 秒即可实现愈合，并且力学性能和导电性能可恢复至体相材料的98%。此外，研究团队还借助计算机模拟研究了淀粉和溶剂之间的氢键相互作用以及愈合过程。研究者们将这种自修复柔性材料用于临时的电路修复，可穿戴传感器，以及柔性电子器件（如Cu-Zn原电池、电致发光显示器件）都取得了良好的效果。这一研究工作为开发基于氢键体系的柔性电子器件提供了新的研究思路。
▲ 图1 绿色氢键网络GHBN在愈合前后的力学性能对比（a，b）和电学性能对比（c，d）以及相应的计算机模拟结果（e）。
▲ 图2 绿色氢键网络GHBN构筑的简单电路（a-c）和可穿戴传感器（d-e）。
▲ 图3 绿色氢键网络GHBN构筑的柔性电子器件：单刀双掷开关（b-c）、Cu-Zn原电池（d-f）和电致发光显示屏（g-h）。
参考文献：Hou J, Liu M, Zhang H, et al. Healable green hydrogen bonded networks for circuit repair, wearable sensor and flexible electronic devices [J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017, DOI:10.1039/C7TA03100A
文献链接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c7ta03100a#!divAbstract
来源：高分子科学前沿
声明：凡本平台注明“来源：XXX”的文/图等稿件，本平台转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的，并不意味着本平台赞同其观点或证实其内容的真实性，文章内容仅供参考。
我们的微博：高分子科学前沿，欢迎和我们互动。
在菜单中回复“交流群”：可加入学术圈，企业界及一系列技术交流群
投稿 荐稿 合作：[email protected]
