101 странный и необычный подарок для нее: полный список
Jul 18, 202313 лучших масел для волос для здоровых и увлажненных волос
Aug 18, 202314 невероятных оригинальных моделей Kindle 2023 года
Jul 03, 20236 преимуществ использования масла виноградных косточек для здоровья волос
Aug 19, 202375 потрясающих вещей на Amazon, которые чертовски дешевы
Jun 24, 2023Индивидуальная модульная сборка на базе собственной разработки
Nature Communications, том 13, номер статьи: 2633 (2022) Цитировать эту статью
4950 Доступов
11 цитат
1 Альтметрика
Подробности о метриках
Чтобы придать самовосстанавливающимся полимерам в значительной степени регулируемую динамику и механические характеристики, мы разрабатываем библиотеки обратимых политиомочевин, не содержащих катализаторов, непосредственно из товарного 1,4-фенилендиизотиоцианата и аминов с помощью простой модульной сборки на основе химии щелчков. Благодаря использованию аминных модулей с различными стерическими затруднениями и гибкостью обратимые блоки тиомочевины достигают температуры срабатывания от комнатной температуры до 120 °C. Соответственно, полученные самовосстанавливающиеся, перерабатываемые и контролируемо разлагаемые динамически сшитые политиомочевины могут действовать в широком диапазоне температур. Кроме того, механические свойства материалов можно регулировать, охватывая пластмассы, эластомеры и волокна, используя (i) различные модули сборки или (ii) растяжение в твердом состоянии. В частности, однонаправленное растяжение приводит к рекордно высокому пределу прочности на разрыв — 266 МПа, а двунаправленное растяжение обеспечивает материалам двухосную прочность до более 120 МПа. Молекулярный механизм и технологические инновации, обсуждаемые в этой работе, могут способствовать продвижению и применению самовосстанавливающихся полимеров для решения самых разных задач и сценариев.
Внутренние самовосстанавливающиеся полимеры, которые действуют посредством обратимых внутри- и/или межмакромолекулярных взаимодействий1, привлекают все большее внимание исследователей из-за их способности автономно восстанавливать повреждения, возникающие во время производства и использования2,3. Однако до сих пор регулируемый диапазон температуры самовосстановления довольно узок из-за ограничения самих обратимых связей, так как энергию диссоциации трудно изменить, что не способствует расширению рабочих сценариев. Одно и то же семейство динамических обратимых полимеров трудно одновременно выполнять функции пластика, резины и волокна. Кроме того, механические свойства описанных самовосстанавливающихся полимеров вряд ли могут достичь уровня товарных полимеров или конструкционных пластиков4,5,6, главным образом из-за более низкой энергии диссоциации (БДЭ) обратимых связей7, а также их несоответствия скелетам макромолекул и агрегации. структура тоже. Наконец, динамические обратимые фрагменты, отвечающие за функционирование «умных» материалов, раньше синтезировались из относительно дорогостоящих химикатов с помощью сложных процессов8,9,10,11,12,13,14. В результате популяризация и применение самовосстанавливающихся полимеров должны быть ограничены.
Здесь мы решаем эту проблему, готовя сшитые политиомочевины (ПТУ), содержащие тиомочевинные связи в качестве обратимых единиц, из товарных изотиоцианатов и аминов (рис. 1 и 2а) с помощью простого метода модульной сборки. Реакция между химическими веществами, образующими желаемые обратимые связи, напрямую формирует ковалентные адаптивные сети, что намного проще, чем в большинстве случаев, о которых сообщалось до сих пор15,16,17,18,19. Используя такой модульный подход к сборке, можно легко регулировать скелеты молекулярных цепей полимеров и их свойства. Связи C-N тиомочевины в политиомочевинах20 разрешено участвовать в безкатализаторной диссоциации/ассоциации из-за слабой электроноакцепторной тенденции атома серы, которая уменьшает p-π-конъюгат между неподеленной парой электронов атома N и π -электроны связи C = S и стерически затрудненное влияние заместителей21. Между тем, широкий спектр изотиоцианатов и аминов составляет сырьевую основу для получения различных тиомочевинных связей по требованию с точки зрения клик-химии (также известной как комбинаторная химия), характеризующихся высокой эффективностью, отсутствием катализаторов, нечувствительностью к кислороду/воде, атомарностью. экономичный и легко масштабируемый22,23. В этих обстоятельствах динамическую обратимость (отражаемую температурой самовосстановления) целевых сетей PTU, несущих звенья тиомочевины (включая BDE последнего), можно в значительной степени регулировать, используя различные эффекты стерических затруднений аминов. Кроме того, тип сшивающих агентов, межмолекулярные водородные связи, кристаллы и гибкие цепи обеспечивают широкие возможности для регулирования механических свойств в широком диапазоне, в то время как топологическая перестройка обратимо сшитого PTU, вызванная растяжением, еще больше увеличит прочность. Здесь и далее взаимосвязь структура-свойства ПТУ тщательно охарактеризована и обсуждена. Есть надежда, что возможности, предлагаемые динамическими установками тиомочевины, могут способствовать исследованию интеллектуальных материалов и их практическому применению.