Shape-memory-assisted self-healing of macroscopic punctures via high-energy-density periodic dynamic polymers with tunable actuation temperature

自愈 形状记忆聚合物 材料科学 聚合物 形状记忆合金 能量密度 能量(信号处理) 高能 复合材料 纳米技术 物理 工程物理 医学 替代医学 病理 量子力学
作者
Yuran Shi,C. B. Cooper,Tomoko Nogusa,Jian‐Cheng Lai,Hao Lyu,Muhammad Khatib,Chengyi Xu,Lukas Michalek,Zhenan Bao
出处
期刊:Matter [Elsevier BV]
卷期号:7 (6): 2108-2124 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.matt.2024.03.013
摘要

Shape memory polymers (SMPs) show promise in areas like wearable electronics and soft robotics but often have low (actuation) energy densities (<1 MJ/m3), limiting their maximum load. Recent work suggests that periodically incorporating directional H-bonds can enable high-energy-density SMPs by forming stable strain-induced supramolecular nanostructures. Here, we found that adding weaker H-bonding units to the polymer can tune its actuation temperature from 60°C to 25°C while maintaining ∼80% of the energy density of the original polymer and achieving self-healing at accessible temperatures (∼70°C). By using this self-healable, high-energy SMP, we realized rapid healing of macroscopic film damage (e.g., centimeter-sized knife punctures) that was not healable in polymers without high-energy shape-memory-assisted self-healing (SMASH) behavior. The self-healing SMP was used to fabricate a self-healable force sensor with high cyclability and sensitivity, marking a significant advancement in creating tunable and self-healable SMPs for smart, durable wearable devices.
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