能在瞬间自愈的新型超分子塑料,且更易分解和重复使用

材料文献解读 2022-08-18

新型材料科学科普

729 字丨阅读本文需 2 分钟

由芬兰 MediCity 研究实验室高级研究员李建伟领导的一个研究小组探索了一种称为超分子塑料的新型材料,该材料将用一种促进可持续发展的环保材料替代传统的聚合物塑料。研究人员使用液-液相分离法制造的超分子塑料的机械性能与传统聚合物相当,但新塑料更容易分解,也更容易重复使用。

塑料是现代最重要的材料之一,经过一个世纪的发展,已经融入人类生活的方方面面。然而,传统的高分子塑料在自然界中降解和再生能力较差,已成为人类生存的最大威胁之一。这种情况是由于连接单体以形成聚合物的共价键固有的强大力量造成的。

为了应对这一挑战,科学家们建议制造通过不如共价键强大的非共价键连接的聚合物。不幸的是,较弱的相互作用通常不足以将分子保持在具有宏观尺寸的材料中,这阻碍了非共价材料的实际应用。

芬兰图尔库大学李建伟研究小组发现,一种称为液-液相分离 (LLPS)的物理概念可以隔离和浓缩溶质,增强分子之间的结合力,推动宏观材料的形成。所得材料的机械性能与传统聚合物相当。

而且,一旦材料被打碎,碎片可以瞬间重聚,自愈。此外,当封装饱和量的水时,该材料是一种粘合剂。例如,由钢制成的接头样本可以承受 16 公斤的重量超过一个月。

最后,由于非共价相互作用的动态和可逆性质,该材料是可降解和高度可回收的。

“与传统塑料相比,我们的新型超分子塑料更智能,因为它们不仅保留了强大的机械性能,还保留了动态和可逆性能,使材料具有自愈性和可重复使用性, ”博士后研究员于晶晶博士解释 道。

“一种产生超分子塑料的小分子以前是从一个复杂的化学系统中筛选出来的。它与镁金属阳离子形成了智能水凝胶材料。这一次,我们很高兴能用 LLPS 教授这种旧分子的新技巧,”说实验室首席研究员李建伟博士。

“新出现的证据表明,LLPS 可能是细胞隔室形成过程中的一个重要过程。现在,我们推进了这种受生物和物理启发的现象,以应对我们环境面临的巨大挑战。我相信将探索更多有趣的材料LLPS 流程在不久的将来,”李继续说道。

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