Synergistic Hydrogen Bonding Topology Enables Ultra-Robust Polyurethane Elastomers for Multifunctional Strain Sensors

材料科学 聚氨酯 韧性 弹性体 聚合物 氢键 复合材料 极限抗拉强度 拓扑(电路) 离子液体 变形(气象学) 网络拓扑 工作(物理) 离子键合 人工肌肉 结构健康监测
作者
Xirui Yang,Zhaoji Li,Hongjia Liu,He Jin,Yifei Wang,Xiaokun Tang,Yinghu Song,Jialiang Li,Guojun Song,Y. Zheng,Zheng Liu,Gaofeng Liu,Xiaoru Li
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 1666-1675
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c03627
摘要

Herein, a dynamic multilevel hydrogen bonding strategy is proposed, and a polyurethane elastomer with high strength, high toughness, and efficient self-healing properties is successfully synthesized. By constructing a gradient hydrogen-bonding topology comprising both strong (urea-based) and weak (ester-based) hydrogen bonds, a hierarchically cross-linked network is established, effectively mitigating the conventional trade-off between mechanical strength and toughness in polyurethanes. The optimized polyurethane exhibits a tensile strength of 41.6 MPa and outstanding toughness (109.9 MJ·m –3 ), outperforming most reported polyurethane elastomers. The weak hydrogen bonds enable rapid self-healing (89% recovery after 2 h at 80 °C), while the strong ones contribute to structural integrity. Furthermore, the incorporation of an ionic liquid imparts good electrical conductivity to the material, allowing real-time monitoring of human joint movement and demonstrating potential in health monitoring and flexible sensing applications. This work provides a approach for constructing mechanically adaptive polymers based on a dynamic multilevel hydrogen bonding strategy, advancing the development of high-performance flexible electronic materials.
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