image: （a）FPPU和BPPU的化学结构。（b）FPPU的设计思路。氟的拉电子效应在促进酚-氨基甲酸酯键的可逆解离反应的同时，能够增强聚合物链间π-π堆积作用；氟的高自由体积效应能够提高分子链段的运动能力。（c）FPPU和代表性弹性体的性能对比。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，Science Bulletin在线发表了东华大学材料学院游正伟教授和孙俊芬教授的研究成果。该研究团队通过氟的强拉电子和自由体积双重效应的分子设计策略解决了弹性体在高力学强度和动态自修复之间的矛盾。
该团队长期聚焦于聚氨酯弹性体的结构和性能研究，针对弹性体高力学强度和修复效率无法兼得的矛盾，提出了基于氟的高自由体积和拉电子双重效应的分子策略解决这一难题。一方面，氟的拉电子效应不仅可以通过改变π-π堆积的方式增强聚物链间相互作用，有效提高弹性体的力学强度和韧性；而且能够加速动态酚-氨基甲酸酯键的解离和重组，提升弹性体的修复效率。另一方面，氟原子的引入能够增加分子链的自由体积，促进聚合物链段运动和网络重排能力，从而实现高效自修复。该团队通过分子动力学模拟、原位变温红外、小分子模型化合物解离及力学、热学等表征手段证实了上述策略的有效性，研制出具有迄今为止报道的最高抗穿刺能（648.0 mJ）的氟化聚酚酯（FPPU）弹性体。与无氟对照物-聚酚氨酯（BPPU）弹性体相比，FPPU的力学强度提升了1.5倍，愈合效率提高了1.3倍。更进一步地，鉴于氟的强拉电子效应，由FPPU弹性体所构筑的摩擦纳米发电机（TENG）具有302.3 V的高峰值开路电压，该数值比无氟对照物高出120.1 V。
研究详情请见原文：
A fluorine−based strong and healable elastomer with unprecedented puncture resistance for high performance flexible electronics
https:// doi.org/10.1016/j.scib.2024.03.047
Journal
Science Bulletin