《Composites Communications》：Inspired by a “pulley-like mechanism” to overcome the strength limitation of self-healing materials with integrated creep resistance
编辑推荐：
•通过化学接枝在石墨烯氧化物上构建双动态纳米桥，以提高材料的承载能力。•该材料具有高强度（103.9?±?1.11?MPa）以及优异的耐高温蠕变性能（残余应变仅为0.72%）。•其拉伸强度的恢复效率可达93.32%，断裂伸长率的恢复效率为80.42%。•与碳纤维织物复合后，该材料
• 通过化学接枝在石墨烯氧化物上构建双动态纳米桥，以提高材料的承载能力。
• 该材料具有高强度（103.9?±?1.11?MPa）以及优异的耐高温蠕变性能（残余应变仅为0.72%）。
• 其拉伸强度的恢复效率可达93.32%，断裂伸长率的恢复效率为80.42%。
• 与碳纤维织物复合后，该材料还具备光热自愈功能。
引言 具有内在自愈能力的聚合物，因其结构中存在可逆的动态共价键或超分子相互作用，能够及时修复损伤，有效降低设备突然停机风险，因此成为材料科学领域的研究热点[1,2]。然而，目前的自愈材料普遍存在机械强度低、耐热性差以及蠕变抗力不足的问题，这严重限制了它们在高端设备中的应用。现有研究大多集中在聚氨酯[3,4]、聚酯[5,6]、环氧树脂[[7], [8], [9]]以及水凝胶[[10], [11], [12], [13]]等脂链聚合物上，而这些材料本身在强度和蠕变抗力方面就存在缺陷，因此如何同时提升材料的强度、蠕变抗力及自愈能力是一项艰巨的任务。因此，设计出兼具高强度、优异蠕变抗力以及高效自愈功能的聚合物材料，对于推动自愈材料走向实际应用具有重要意义，但目前这一难题仍未得到解决。
聚酰亚胺作为一种高强度、高热稳定性的工程塑料，由于其结构中富含密集的苯环，几乎不具备内在自愈能力，但它却被广泛应用于航空航天[14]、隔热材料[15]、电子封装[16]、辐射冷却[17]、电磁屏蔽[18]以及柔性电子器件[19]等高端领域。聚酰亚胺通常是通过二胺类化合物与二酸酐类化合物的缩合反应制得的[20]。近期，研究人员试图在聚酰亚胺的主链中引入动态共价键，构建动态交联网络，如二硫化物键[21,22]、亚胺键[23,24]以及硼酸酯键[25]，从而赋予聚酰亚胺良好的耐高温自愈性能。例如，Wan的团队利用对苯二甲醛和三聚甲醛构建了含有动态亚胺键的聚酰亚胺网络，实现了材料的自愈与可回收性[[26], [27], [28], [29]]。Li等人则通过引入酰胺氢键和二硫化物键，在聚酰亚胺中构建了双动态网络，使得该材料的拉伸强度达到49.3?MPa，自愈效率为88.9%，同时还具有良好的粘附性[21]。Wang等人基于四重氢键设计了“刚柔并济”的聚酰亚胺防腐涂层，该涂层的拉伸强度为9.32?MPa，自愈效率为80.47%[30]。Zhao等人则合成了一种同时含有醚键和二硫化物键的二胺单体，并将其引入聚酰亚胺中，有效解决了刚性芳香结构中二硫化物键导致的脆性问题，从而使聚酰亚胺具备了较高的光学透明度以及出色的自愈能力，同时也解决了传统柔性低辐射窗膜稳定性差且无法自愈的问题[31]。尽管上述研究都成功赋予了聚酰亚胺自愈功能，但这些方法往往以牺牲材料的机械性能为代价，而且至今还没有人系统地评估过这类动态聚酰亚胺的蠕变抗力。
受“滑轮传动机制”的启发，本研究创新性地设计了一种具有更强承载能力的“双动态纳米桥”作为动态交联剂，突破了传统动态交联剂承载能力不足的局限。这种纳米桥被整合到具有“滑轮”结构的聚酰亚胺基体中，从而产生更大的“驱动力”，有效克服了自愈材料在强度和蠕变抗力方面的缺陷。值得注意的是，所制备的TBPI-AFGO1 材料具有极高的热稳定性（Td5% ?=?349?°C），拉伸强度高达103.9?±?1.11?MPa。此外，在损伤修复后，该材料的机械强度可恢复到原来的93.32%，断裂伸长率可恢复到原来的80.42%，展现出良好的自愈能力。而在180?°C下进行蠕变恢复处理后，其残余应变仅为0.72%，显示出极为出色的耐高温蠕变性能。这项工作为设计高强度、耐蠕变的自愈工程聚酰亚胺提供了新的思路。此外，我们还将TBPI-AFGO1 材料与碳纤维织物结合，成功赋予了碳纤维织物光驱动自愈和可回收的功能，这对于延长碳纤维增强聚合物复合材料的服役寿命、降低设备突然故障的概率具有非常重要的意义。
章节摘要 微观结构设计的合理化 其分子结构设计灵感来源于固定滑轮的结构与工作原理，如图1a所示。在该设计中，六亚甲基二异氰酸酯三聚体充当滑轮的固定支点，聚酰亚胺的刚性片段则相当于绳索，而3-甲酰苯硼酸则作为施加动态力的位置。根据滑轮的力学原理，无论滑轮是固定的还是可移动的，施加在受力点的力越大，
结论 受滑轮机制的启发，本研究在类似滑轮结构的聚酰亚胺网络中引入了一种高承载能力的“双动态纳米桥”结构，成功制备出了具有自愈功能的材料TBPI-AFGO1 。该材料不仅具备良好的耐高温性能（Td5% ?=?349?°C），还具有很高的机械强度（103.9?±?1.11?MPa），在180?°C下进行蠕变恢复处理后的残余应变仅为0.72%。同时，TBPI-AFGO1 还表现出优异的自愈性能：在损伤修复后，其拉伸
双动态纳米桥的设计 将0.5?g KH-550加入100?mL的石墨烯氧化物水分散液中，室温下搅拌1小时。随后将该混合物转移到三口烧瓶中，在80?°C下继续反应2小时。反应结束后，通过离心作用依次用乙醇和水清洗产物，最后进行干燥处理。接着称取0.1?g经KH-550改性的石墨烯氧化物，将其加入80?mL的DMAc溶液中，然后超声处理30分钟。之后再加入1?g的3-甲酰苯硼酸，继续混合处理
作者贡献说明 谢长波： 概念构思、理论分析、实验研究、方法设计、软件应用、结果验证、初稿撰写。单志强： 概念构思、研究指导、论文审阅与修改。张静： 概念构思、研究指导、论文审阅与修改。郭朝旺： 论文审阅与修改。陶黎明： 资源提供、论文审阅与修改。杨增辉： 资源提供、论文审阅与修改。张耀明： 资源提供、论文审阅与修改。王婷梅： 资金支持
利益冲突声明 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢 本研究得到了
中国科学院 的
战略性先导科技专项 （编号：XDB0470102）以及
甘肃省科学技术计划 （编号：26RCKA001）的支持。作者感谢中国西安理工大学电子与信息学院的马M.S.先生为本研究提供的DFT计算支持。同时，作者也感谢Scientific Compass网站上的Dang先生和Luo先生所提供的宝贵帮助，网址为
www.shiyanjia.com 。
谢长波|单志强|张静|郭朝旺|陶黎明|杨增辉|张耀明|王婷梅|王启华
