共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或熱固性網(wǎng)絡(luò)以其優(yōu)越的機(jī)械性能(高斷裂強(qiáng)度、模量等)而聞名，近年來被廣泛應(yīng)用復(fù)合材料、涂層材料等領(lǐng)域。然而，如果對這些熱固性材料施加高應(yīng)力往往會(huì)導(dǎo)致永久變形(磨損、裂縫、斷裂等)。近期，動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵化學(xué)（DCC）被引入到網(wǎng)絡(luò)熱固性材料中（動(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)涉及的是一系列基于熱力學(xué)平衡的可逆平衡的共價(jià)化學(xué)反應(yīng)，其核心概念是可逆共價(jià)化學(xué)鍵。如亞胺鍵、酰腙鍵、酯鍵等都屬于可逆共價(jià)化學(xué)鍵）。反應(yīng)的可逆性質(zhì)使動(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)的合成過程中有了校對和自修復(fù)功能。其中，呋喃-馬來酰亞胺鍵的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，加上其鍵能夠被熱激活而控制，因此可以實(shí)現(xiàn)小裂紋和擦傷的再愈合，甚至是循環(huán)利用。

聚離子液體（PILs）能夠保留其離子液體前體的**特性，同時(shí)通過IL基團(tuán)的共價(jià)結(jié)合到各種大分子結(jié)構(gòu)中來獲得機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。基于此，美國默里州立大學(xué)的Kevin M. Miller等人合成了基于呋喃-馬來酰亞胺和咪唑鏈接成的聚離子液體網(wǎng)絡(luò)。并在高溫下誘導(dǎo)其機(jī)械性能和導(dǎo)電性能的自我修復(fù)。其中合成步驟如圖1所示（以單體4聚合而成的為PIL-CAN-IM；以單體6聚合而成的為PIL-CAN-IM2）

研究人員**行了樣品的機(jī)械性能恢復(fù)性測定：用剃須刀片把樣品切成長方形，然后垂直地切成兩半。將切好的兩端重疊約2 mm，手指按壓，然后放入烘箱，設(shè)定溫度為105 °C。再將一個(gè)重200 g的特氟龍（Teflon^TM）放在頂部，以保證重疊處良好接觸。樣品定期取出，測定斷裂時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變。結(jié)果如圖2所示。2小時(shí)內(nèi)機(jī)械能能恢復(fù)超過70%，在更長時(shí)間后可以到達(dá)90%。

通過讓電流通過樣品，研究人員對電導(dǎo)率的恢復(fù)進(jìn)行了測定。將矩形樣品置于兩塊銅片電極之間并加熱到110 ℃，同時(shí)在樣品頂部放置500 g的重物施加壓力。監(jiān)測通過樣品的電流，外加電位在±2 V之間循環(huán)。然后用剃須刀刀片將樣品切開。在切割樣品時(shí)，電流立即下降到其先前值的0.2%（從36到0.06 μA）。當(dāng)?shù)镀怀坊貢r(shí)，電流恢復(fù)到初始的8.2%，隨后在更換樣品頂部的500克重量時(shí)跳到23.5%。118分鐘后，通過樣品的電流恢復(fù)到初始值的76%。詳細(xì)的電導(dǎo)率變化如圖3所示

從兩個(gè)恢復(fù)測試結(jié)果可以看到，在2個(gè)小時(shí)內(nèi)樣品的機(jī)械性能和電導(dǎo)率均能恢復(fù)到70%，隨時(shí)間延長還會(huì)有進(jìn)一步的恢復(fù)。這表明該聚離子液體共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在升溫時(shí)具有良好的自我修復(fù)能力，有望用于新型自修復(fù)材料。

原文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/PY/D0PY00016G

原文作者：

Katelyn M. Lindenmeyer, R. Daniel Johnson and Kevin M. Miller

DOI: 10.1039/D0PY00016G