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史上最强！黏附力高达4132 N/m的可自主自修复弹性体
2026-01-14
美国橡树岭国家实验室的科学家通过简单聚合物共混制备出一种黏附力高达4132 N/m的可自主自修复弹性体，其性能突破如下：
核心性能指标
- 黏附强度
界面洁净的铝片（洁面）：4132 N/m（历史最高值）
含沙粒的铝片（污面）：3488 N/m（仍远超肌腱、软骨等组织键强约800 N/m）
- 机械性能
断裂伸长率：>2100%
韧性：1.73 MJ/m3
- 自修复能力
室温下完全自主修复，且不受水环境影响。
图1：弹性体在洁面与污面的黏附力对比（洁面4132 N/m，污面3488 N/m）材料设计与制备方法
- 自修复组分合成
通过自由基法合成聚(2-(((丁基氨基)羰基)氧代)丙烯酸乙酯)（Poly(BCOE)），其结构特征包括：
玻璃化转变温度低（-3℃），链段运动能力强；
侧链含酰胺基团，通过氢键相互作用实现自修复；
高弹态物性赋予材料优异拉伸性。
图2：Poly(BCOE)的化学结构、氢谱图及拉伸性证明
- 自主自修复高黏附弹性体（ASHA-Elastomers）制备
将可固化的液态硅基前驱体与Poly(BCOE)共混，比例范围为9:1至5:5；
液态硅基前驱体在30℃固化后，与待黏附表面（如铝片）粗糙沟壑形成强力接触；
Poly(BCOE)通过分子间/内氢键提供自修复性能，含量越高修复能力越强，但黏附力略有降低；
疏水烷基侧链和硅基弹性体主链使材料在含水环境中仍保持自修复能力。
图3：硅基前驱体与铝片接触、固化及自修复过程示意图污面强力黏附机理
- 沙粒包覆效应：
硅基前驱体为液体，Poly(BCOE)分子链段响应迅速，可完全包覆沙粒；
包覆后形成与待黏附界面的有效接触，从而维持高黏附力。
图4：污面非有效接触（左）与有效接触（右）结构对比应用价值与科学意义
- 应用领域：
密封剂、粘结剂、可拉伸设备（如可穿戴电子传感器）；
人造皮肤、柔性电子等需长期紧密接触的场景。
- 科学突破：
首次通过简单共混实现自修复、高机械性能、超强黏附性的协同；
黏附强度远超现有材料（文献中常见四重氢键结构黏附强度<1 N/m）。
研究团队与成果发表
- 通讯作者：美国橡树岭国家实验室Tomonori Saito教授、Diana Hun博士、曹鹏飞博士；
- 发表期刊：《Advanced Functional Materials》（最新一期）；
- 全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202006298。
该研究为开发新型功能性材料提供了新思路，有望满足汽车、建筑、柔性电子等行业的严苛要求。
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