Notch-Insensitive, Ultrastretchable, Efficient Self-Healing Supramolecular Polymers Constructed from Multiphase Active Hydrogen Bonds for Electronic Applications

自愈 材料科学 氢键 自愈材料 聚合物 聚脲 超分子聚合物 超分子化学 复合材料 化学工程 纳米技术 分子 有机化学 化学 医学 替代医学 病理 工程类 涂层
作者
Jian‐Hua Xu,Peng Chen,Jiawen Wu,Po Hu,Yongsheng Fu,Wei Jiang,Jiajun Fu
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:31 (19): 7951-7961 被引量:157
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.9b02136
摘要

Self-healing polymers with microphase-separated structure are plagued with inferior self-healing efficiency at room temperature due to a lack of dynamic interactions in hard domains. Herein, we describe a novel strategy of multiphase active hydrogen bonds (H-bonds), toward realizing fast and efficient self-healing at room temperature, even under harsh conditions. The core conception is to incorporate thiourea moieties into microphase-separated polyurea network to form multistrength H-bonds, which destroy the crystallization of hard domains and, at the same time, insert the dynamic reversible H-bonds in both hard and soft segments, accounting for the surprisingly self-healing performances. The synthesized polymeric material, poly(dimethylsiloxane)–4,4′-methylenebis(phenyl isocyanate)–1,1′-thiocarbonyldiimidazole, completely recovers all of the mechanical properties within 4 h at room temperature after rupture. Significantly, self-healing process can also take place at low temperature (restoration with an 85% efficiency in 48 h at −20 °C) or in the water (restoration with a 95% efficiency in 4 h). Depending on the cleavage/reformation of multiphase H-bonds, the material exhibits unprecedented ultrastrechability and notch-insensitiveness. It can be stretched up to 31 500% without fracture and reach a notch-insensitive stretching of up to 18 000%. These exceptional characteristics inspired us to fabricate highly stretchable self-healable underwater conductor and protective self-healing film for suppressing shuttling of polysulfides and preventing crack propagation in S cathode, which provide the pathway for applications in underwater electronic devices or advanced Li–S batteries.
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