Self-Healing Elastomers with Unprecedented Ultrahigh Strength, Superhigh Fracture Energy, Excellent Puncture Resistance, and Durability Based on Supramolecule Interlocking Networks Formed by Interlaced Hydrogen Bonds

材料科学 弹性体 耐久性 氢键 自愈 复合材料 聚合物 自愈材料 分子 有机化学 医学 病理 化学 替代医学
作者
Haoxiang Rong,Zhenpeng Zhang,Yanan Zhang,Xun Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (2): 2802-2813 被引量:56
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17284
摘要

Due to the multiple different properties in self-healing elastomers that are mutually exclusive based on the different and contradictory molecule chain structures, simultaneously achieving the ultrahigh mechanical performance and high durability of self-healing elastomers is a great challenge and the goal that has always been pursued. Herein, we report a novel strategy to fabricate a self-healing elastomer by introducing interlaced hydrogen bonds with superhigh binding energy. Distinguishing from the quadruple hydrogen bonds reported already, the interlaced hydrogen bond with a lower repulsive secondary interaction and higher binding energy is composed of two molecule units with different lengths and steric hindrance. Connected by the interlaced hydrogen bonds, a supramolecule interlocking network is formed to lock the polymer chains at room temperature, endowing the poly(urethane–urea) elastomer with an unprecedented ultrahigh strength (117.5 MPa, even higher than some plastics), the superhigh fracture energy (522.46 kJ m –2 ), and an excellent puncture resistance (puncture force reached 181.9 N). Moreover, the elastomers also exhibited excellent self-healing properties (healing efficiency up to 95.8%), high transparency (the average transmittance up to 91.0%), and good durability (including thermal decomposition resistance, thermal oxidation aging resistance, water resistance, and solvent resistance), providing a theoretical basis and technical reference in the development and broadening the application prospects of self-healing elastomers.
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