在室温下自修复的玻璃态热固性材料中利用双交联网络，这些材料具有两种不同的玻璃化转变

《Polymer》：Harnessing Dual Crosslinked Network in Room-Temperature Self-Healable Glassy Thermosets with Two Distinct Glass Transitions

室温自修复玻璃化热固性聚合物通过双交联策略实现，结合共价键和非共价氢键网络，兼具高刚性和自愈效率达100%。

　　本研究探讨了一种创新的策略，旨在开发具有室温自修复能力的高强度玻璃态热固性聚合物。这一领域的研究具有重要的实际意义，因为传统的热固性材料一旦固化后，通常无法自我修复，导致其在长期使用中容易因微裂纹的形成而性能下降，影响使用寿命和可靠性。通过引入双交联策略，研究人员成功实现了在不牺牲刚度的前提下，使热固性材料在室温下具备出色的自修复性能。这种策略结合了共价交联和非共价相互作用，使得材料在受到损伤后能够通过动态的分子结构重组恢复其原有功能。这一成果为高性能复合材料的设计和应用提供了新的思路。

自修复能力是聚合物材料领域的一个重要研究方向，它赋予材料更高的耐久性和更长的使用寿命。然而，开发能够在室温下自修复且保持高强度的热固性材料仍然面临诸多挑战，尤其是在玻璃态热固性材料方面。传统的热固性材料在固化后形成稳定的三维网络结构，其分子链之间的交联键通常是不可逆的，因此一旦发生损伤，很难通过自身机制进行修复。相比之下，自修复聚合物可以通过引入特定的分子结构或功能基团，使材料在受损后具备一定的自我修复能力。这种能力通常依赖于可逆的化学键或非共价相互作用，如氢键、π–π堆积和金属–配体配位等。这些相互作用能够在外部刺激（如温度、湿度或机械应力）下发生动态交换，从而实现材料的自我修复。

自修复机制主要分为外源性和内源性两种类型。外源性自修复通常通过在材料中引入微胶囊或预埋的修复剂来实现，这些修复剂在材料受损后释放并参与修复过程。然而，这种方法存在一定的局限性，例如修复剂与聚合物基体之间的相容性较差，导致修复后的材料性能恢复不完全，且修复过程往往是不可逆的，难以实现多次修复。此外，外源性自修复通常需要特定的外部条件（如高温或化学试剂）才能启动，限制了其在实际应用中的广泛性。

相比之下，内源性自修复机制更加先进，因为它依赖于聚合物本身分子结构的动态特性。通过引入可逆的化学键，如动态共价键，材料能够在受到损伤后通过键的断裂和重组实现自我修复。然而，大多数动态共价键的交换反应需要较高的温度才能进行，这使得内源性自修复在常温下的应用受限。为了解决这一问题，近年来的研究开始关注将非共价相互作用引入热固性材料中，以实现室温下的自修复功能。非共价相互作用具有较低的结合能，因此可以在较低的温度下发生动态交换，从而赋予材料自修复能力。

本研究提出了一种双交联策略，该策略结合了共价交联和非共价相互作用，以实现室温下的自修复功能。共价交联确保了材料的高强度和刚度，使其适用于结构应用；而非共价相互作用则提供了动态的分子结构，使得材料在受损后能够通过氢键的断裂和重组实现自我修复。为了实现这一目标，研究人员设计并合成了一种新型的环氧固化剂UNP，其结构包含高度移动的分支链和能够形成密集氢键网络的功能基团。该固化剂通过将尿嘧啶基团（UPy）引入到分支聚乙烯亚胺（PEI）的骨架中，从而形成具有动态特性的氢键网络。这种结构不仅提高了材料的自修复能力，还保持了其在常温下的机械性能。

此外，研究人员还使用了一种含有酯基的环氧单体DCN，与UNP固化剂进行交联，从而构建出一种具有室温自修复能力的玻璃态热固性聚合物网络。该材料表现出两个不同的玻璃化转变温度（Tg1 = 16 °C 和 Tg2 = 106 °C），反映了其双相结构的特性。这种双相结构使得材料在常温下保持一定的分子链运动能力，从而实现自修复功能。同时，材料的刚度和强度得到了有效保持，使其能够满足结构应用的需求。

实验结果表明，该材料在常温下具有出色的自修复性能。在碳纤维增强复合材料中，材料在24小时内就能实现有效的自修复，并且在室温和常压条件下，自修复效率达到了约100%。这一结果在三支点弯曲测试中得到了验证，显示出材料在修复后能够恢复其原有的机械性能。这种高效的自修复能力不仅提升了材料的耐久性，还为延长其使用寿命提供了新的解决方案。

本研究的创新点在于其双交联策略的设计，以及UNP固化剂的合成和应用。通过将共价交联和非共价相互作用相结合，研究人员成功克服了传统热固性材料在室温下自修复能力不足的问题。这种策略不仅适用于单一的热固性材料，还为开发具有自修复功能的复合材料提供了新的思路。未来，这一技术有望在航空航天、汽车制造、建筑结构和电子设备等领域得到广泛应用，从而提高材料的可靠性和使用寿命。

自修复聚合物的研究正在迅速发展，其在多个领域的应用潜力巨大。特别是在航空航天和汽车工业中，材料的耐久性和可靠性至关重要。传统的热固性材料虽然具有优异的机械性能和耐热性，但一旦发生损伤，往往需要复杂的修复过程，甚至无法修复。因此，开发能够在室温下实现自修复的高性能热固性材料，对于提高材料的使用寿命和降低维护成本具有重要意义。此外，自修复材料在电子设备中的应用也值得关注，因为这些设备通常需要在严格的环境条件下运行，任何微裂纹都可能影响其性能和寿命。

从材料科学的角度来看，自修复能力的实现依赖于材料分子结构的动态特性。共价交联虽然能够提供高强度和刚度，但其不可逆性限制了材料的自修复能力。而非共价相互作用，如氢键，虽然具有较低的结合能，但其动态特性使得材料能够在外部刺激下发生分子重组，从而实现自我修复。然而，如何在保持材料刚度的同时，实现高效的自修复能力，仍然是一个重要的研究课题。本研究提出的双交联策略，为解决这一问题提供了一个可行的方案。

此外，材料的玻璃化转变温度（Tg）对其性能和自修复能力具有重要影响。玻璃态材料通常具有较高的刚度和强度，但其分子链的运动能力较低，使得自修复过程变得困难。为了在常温下实现自修复，研究人员需要设计一种能够在常温下保持分子链一定运动能力的材料结构。本研究通过引入具有动态特性的氢键网络，使得材料在常温下能够发生分子重组，从而实现自修复功能。这种设计不仅提高了材料的自修复效率，还保持了其在常温下的机械性能。

综上所述，本研究通过双交联策略成功开发了一种具有室温自修复能力的玻璃态热固性聚合物。该材料在保持高强度和刚度的同时，具备优异的自修复性能，使其在结构应用中具有广阔的应用前景。未来，随着自修复材料技术的不断进步，这种材料有望在更多领域得到应用，从而提高材料的性能和可靠性。