近年来，高强度可修复聚氨酯弹性体领域的研究已经取得了巨大的进展，但其制备过程难以避免使用大量的有机溶剂，对环境造成极大的负担。通过向聚氨酯分子链中引入亲水单体可以赋予其良好的水分散性，制得的水性聚氨酯是一种以水作为主要分散介质的环保材料。推动水性聚氨酯弹性体材料的研发可减少有机溶剂的使用，对降低环境污染具有重要意义。然而，赋予聚氨酯材料水分散性的获取常以牺牲其力学性能为代价，难以满足潜在应用需求。因此，通过合理的结构设计，开发力学性能可与溶剂型聚氨酯弹性体相媲美的新型水性聚氨酯弹性体具有非常重要的意义。
扇贝足丝是一种具有高强度高韧性的天然材料，它独特的多级动态结构为设计高强度水性聚氨酯弹性体提供结构设计的思路。最近的研究表明，其卓越的力学性能源于扇贝足丝上Sbp5-2 蛋白内动态共价相互作用和动态非共价相互作用的协同配合。Sbp5-2 蛋白中含有丰富的氢键相互作用，可有效诱导 β-纳米晶的产生。Sbp5-2 蛋白上的扭曲二硫键还可有效调节链段构象，优化氢键化程度及其结合能，从而显著提高扇贝足丝的力学性能。此外，扇贝足丝中含负电官能团（如羧基）与海水中的金属离子还可发生配位作用，增强超分子相互作用和提高可逆交联程度，也有助于进一步提高扇贝足丝的力学性能。
受扇贝足丝多级动态结构的启发，大连理工大学蹇锡高院士团队通过协同整合动态二硫键、酰基氨基脲（ASC ）和配位键，构筑了一种拉伸强度为52.07 MPa ，韧性为 257.40 MJ m-3 的高强度超分子水性聚氨酯弹性体（SWPU-DESH-Zn）。通过向ASC片段中插入二硫键有效优化了聚氨酯分子链间的氢键化程度和结合能，避免了超分子作用的过度堆积，有效地提高了聚氨酯弹性体的能量耗散能力和力学性能。SWPU-DESH-Zn分子链中大量的羧基不仅赋予其良好的水溶性，而且羧基还可作为配体与锌离子配位，从而进一步交联和强化弹性体。SWPU-DESH-Zn链段间丰富的超分子相互作用不仅有效提高材料的强度和韧性，而且其还赋予弹性体良好的可修复、可再加工性能。在DMF辅助下，将切断的样品在50℃条件下加热6小时，材料即基本回复原始力学强度。将破碎的样品在110℃下热压15分钟，样品即可回复原状。这种超分子水性聚氨酯弹性体可与导电离子液体混合形成高度敏感的离子皮肤，也可与碳纤维织物层压复合制备高强度、可回收的电磁屏蔽材料，在实际应用中显示出巨大的潜力。本文的仿生策略为构筑高强度可修复的超分子水性聚合物提供了有益的借鉴。
图1 (a) 扇贝足丝的多级动态结构, (b) 超分子水性聚氨酯弹性体的化学结构
图7将SWPU-DESH-Zn与碳纤维织物复合制备高性能电磁屏蔽材料该工作以“Fabrication of Mechanical Strong Supramolecular Waterborne Polyurethane Elastomers With the Inspiration of Hierarchical Dynamic Structures of Scallop Byssal Threads”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，论文的第一作者是大连理工大学的博士研究生张明光，论文的通讯作者是陈友汜研究员。本工作得到中央高校基本科研业务费专项资金的支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202413083
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