南京理工大學傅佳駿教授課題組在柔性可拉伸導熱材料領域取得關鍵進展，該工作以模仿跟腱組織分級微觀結構為設計導向，突破了柔性動態聚合物網絡疲勞耐受性差的瓶頸，在柔性複合材料體系中成功實現了「高面內導熱-高彈性-高韌性-高耐疲勞性-室溫自修復」的多功能耦合集成，解決了目前柔性可拉伸導熱材料自修復性能和抗疲勞性能難以兼得的難題，相關成果近期在國際期刊《Advanced Materials》上發表。南京理工大學為第一通訊單位。該研究受到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等項目的支持。
成果簡述：開發具有類似皮膚力學性能的可拉伸導熱材料對於未來智慧機器人至關重要。然而，目前人工合成材料同時實現高導熱、可拉伸、柔軟、強韌、自修復和耐疲勞等綜合性能是極其困難的，因為這些性質通常是基於完全不同甚至截然相反的分子設計策略。比如，自修復和抗疲勞對提高可拉伸導熱材料的使用壽命同等重要；但是，基於均一聚合物網絡設計的柔性自修復材料在存在缺陷時極易發生疲勞裂紋擴展，導致材料整體結構在使用過程發生災難性破壞。目前，常用的能量耗散策略僅能解決柔性導熱材料單次拉伸時的抗撕裂問題，對於多次循環拉伸則無效。因此，如何同時賦予導熱材料自主修復能力和高耐疲勞性已成為制約高性能可拉伸導熱材料發展的瓶頸難題。
針對上述挑戰，本團隊模擬人體跟腱組織可修復的分級「硬-軟」結構，通過超分子組裝技術利用MXene納米片在柔性自修復聚脲中構建高能的連續層狀結構，獲得了具有超高抗疲勞性能（疲勞閾值4064.1 J m-2）的自修復導熱材料，該材料同時兼具柔軟、高拉伸、高彈性、高斷裂韌性（501.6 kJ m-2，柔性材料中的最高值）等多種優異性能。此外，納米片組裝的層狀結構還提高了材料的面內熱導率，該導熱材料可用於機器人關節處的驅動電機散熱，無懼反覆彎曲變形引發的疲勞斷裂問題。
課題組簡介：本課題組致力於利用超分子技術構築智能納米容器和功能自修復材料，並將材料應用在海洋防腐塗層、防護塗層、電磁屏蔽、電子皮膚、導熱、腦機接口、鋰電池等領域。近兩年已取得了一系列研究成果，代表性成果包括：《自然·通訊》（Nat. Commun., 2023, 14, 130）、《先進材料》（Adv. Mater., 2023, 2300937）、《物質》（Matter, 2021, 4, 2474）、《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 7947）、《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater., 2023, 33，2212564;2022, 32, 2204451;2020, 30, 1907109）、《儲能材料》（Energy Storage Mater., 2023, 58, 204）、《材料視野》（Mater. Horiz., 2023, doi.org/10.1039/D3MH00358B; 2022, 9, 640; 2021, 8, 3356; 2021, 8, 2238）等。
成果連結：https://doi.org/10.1002/adma.202300937
文章來源：南京理工大學
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