Entropy and interfacial energy driven self-healable polymers

自愈 聚合物 粘弹性 材料科学 自愈材料 复合材料 纳米技术 共价键 刚度 表面能 化学 医学 替代医学 有机化学 病理
作者
Chris C. Hornat,Marek W. Urban
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:87
标识
DOI:10.1038/s41467-020-14911-y
摘要

Although significant advances have been achieved in dynamic reversible covalent and non-covalent bonding chemistries for self-healing polymers, an ultimate goal is to create high strength and stiffness commodity materials capable of repair without intervention under ambient conditions. Here we report the development of mechanically robust thermoplastic polyurethane fibers and films capable of autonomous self-healing under ambient conditions. Two mechanisms of self-healing are identified: viscoelastic shape memory (VESM) driven by conformational entropic energy stored during mechanical damage, and surface energy/tension that drives the reduction of newly generated surface areas created upon damage by shallowing and widening wounds until healed. The type of self-healing mechanism is molecular weight dependent. To the best of our knowledge these materials represent the strongest (Sf = 21 mN/tex, or σf ≈ 22 MPa) and stiffest (J = 300 mN/tex, or E ≈ 320 MPa) self-healing polymers able to repair under typical ambient conditions without intervention. Since two autonomous self-healing mechanisms result from viscoelastic behavior not specific to a particular polymer chemistry, they may serve as general approaches to design of other self-repairing commodity polymers.

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