通过超分子聚氨酯中的主客体化学计量比调控微相分离以实现超强韧性和自修复性能

《ACS Applied Polymer Materials》：Tailoring Microphase Separation via Host–Guest Stoichiometry in Supramolecular Polyurethanes for Ultratoughening and Self-Healing

本研究设计了一种基于氢键和主客体相互作用的超分子聚氨酯弹性体，通过调节β-CD与FeCn的配比精准调控微相分离结构，实现高强度（53.7 MPa）、高韧性（337.6 MJ/m3）和高效自修复（循环后保留70%原始韧性），为实用化耐久环保弹性体开发提供新思路。

　　

在高性能弹性体的开发过程中，如何平衡机械强度和自修复能力仍然是一个重大挑战。尽管微相分离和动态牺牲键已被证明能有效克服这一限制，但对微相分离的程度和形态进行精确控制仍面临诸多困难。在这项研究中，我们通过协同结合多种氢键和主客体相互作用，设计出一种具有优异性能的超分子聚氨酯（PU）弹性体，该弹性体兼具超高的机械性能和高效的自修复能力。通过系统调节β-环糊精（β-CD）与铁茂（Fc）单元的化学计量比，我们在弹性体基质中实现了特定的微相分离状态。优化后的材料表现出卓越的机械性能：拉伸强度为53.7 MPa，韧性为337.6 MJ/m3，断裂能为126.4 kJ/m2。此外，该弹性体在经过多次再处理后仍能保留约70%的原始韧性，这表明其具有良好的自修复效率和可回收性。这项工作为超分子弹性体的分子级设计提供了宝贵的见解，并显著提升了其在需要耐久性和可持续性的实际应用中的潜力。