大连理工大学蹇锡高院士团队 AFM：穿山甲鳞片结构启发的高强度可修复超分子水性聚合物网络

点击上方 “ 蓝字 ” 一键订阅

可修复水性聚合物因其环保特性备受关注，但差的机械性能阻碍其推广。 通过合理的结构设计，构筑具有高强度的水性聚合物材料，对推广水性聚合物的应用，并且降低环境污染具有重要意义。

穿山甲鳞片 是一种具有高强度和高韧性的天然物质， 可 帮助穿山甲有效抵御外部伤害 ，它奇特的结构与性能 为高强高韧水性聚合物 的结构设计 提供 了新思路 。穿山甲鳞片中富含中细胞间脂质和角蛋白 ，其中 细胞间脂质作为弹性蛋白，赋予鳞片优异的韧性和轻微损伤后的自修复能力；鳞片中的角蛋白（主要为 α- 角蛋白和 β- 角蛋白）作为硬化蛋白 ， 可通过氢键与静电作用与其他物质交联，从而提升鳞片强度。

受 穿山甲鳞片 独特微观结构启发， 大连理工大学蹇锡高院士团队 设计了一种 名为 SWPUMA-SPPEK10 的高强高韧 超分子水性聚合物网络（ SWPN ） 。

该材料 是 通过将 本团队自主研发的 磺化 杂萘联苯聚芳醚酮 （ SPPEK ）与含酰基氨基脲（ ASC ）的阳离子超分子水性聚氨酯（ SWPUMA ）在水溶液中复合，再 经过离心和 热压工艺制备而成。得益于 ASC 、静电相互作用与 刚性 SPPEK 纳米粒子的协同效应， SWPUMA-SPPEK10 展现出卓越的机械性能 ， 其 拉伸强度达 55.19 MPa ，韧性高达 305.93 MJ/m ³。 其力学性能甚至超过了常见的商用水溶性聚合物（如 PVP 、 PVA 等）。 聚合物链中丰富的动态超分子相互作用还赋予其优异的自修复性和可回收性。这种仿生结构设计为构建兼具高强度与可回收性的高性能水性聚合物提供了新 的 思路 。

图 1 ( a ) 穿山甲鳞片 的 组成 结构 , (b) 超分子水性 聚合物网络 的化学结构

图 2 超分子水性分散体及 水性聚合物网络 的结构表征

图 3 超分子 水性聚合物网络 的力学性能表征

图 4 SWPU MA - SPPEK10 的强韧化机理

图 5 SWPU MA - SPPEK10 的修复和再加工

图 6 聚氨酯基离子皮肤的应变传感性能

图 7 SWPUMA-SPPEK10 作为 碳纤维 增强环氧树脂复合材料的增韧层

该工作以 “ Pangolin scale inspired healable, recyclable, and mechanically robust supramolecular waterborne polymer networks ” 为题发表在《 Ad vanced Functional Materials 》上，论文的第一作者是大连理工大学的 张明光 ， 论文的 通讯作者是 陈友汜 研究员。本工作得到 重点研发计划项目课题、 中央高校基本科研专项资金的支持。

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202501512

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[email protected]

申请入群，请先加审核微信号 PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明： 高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业） ，否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。