东南大学张久洋教授课题组在金属-高分子复合材料领域取得重要进展

近日，东南大学化学化工学院张久洋教授课题组在高强度仿生自修复金属-高分子复合材料领域取得重要进展，相关研究成果在国际顶级材料学期刊Matter上在线发表，论文题目为“Biological Self-healing Strategies from Mechanically Robust Heterophasic Liquid Metals”。

自愈材料具有从物理损伤中自主恢复的内在能力，广泛应用于汽车配件、电子产品、机器人和医疗设备。然而，如何平衡材料的力学性能和愈合性能是一个挑战性的难题。机械强度所需的高刚性与修复损伤所需的高扩散性相冲突。因此，在温和条件下自动愈合的材料表现出的力学强度通常难以满足工业需求。相比之下，在漫长的进化过程中，动植物发展出了“体液渗出—营养运输—组织再生(emulsion Exudation—nutrition Transportation—tissue Regeneration, ETR)”的通用自修复策略，实现了生物条件在20oC至40oC的温度下高模量组织的自我愈合。


受到生物自修复策略的启发，该工作成功地实现了高强度异相金属的自修复。这种异相金属（Heterophasic Metals）不仅具有液相，而且还有一定含量的固体。有趣的是，异相金属中固相和液相共存的结构类似于生物中的细胞组织结构。独特的密堆积固体结构使其具有理想的模量（E > 1 GPa），同时液相的存在使固体界面之间保持较高的迁移率。类似生物的ETR策略，受损的异相金属材料ETR-M可以通过“液体渗出、营养输送和固体结构再生”完全恢复（修复效率> 99％）。异相金属与生物细胞的结构相似性为金属材料实现温和条件下的自修复提供了坚实的基础。由于基于金属相图的独特液固相转变，ETR-M机械性能和自愈行为可以通过调节温度和组成成分来精确控制。此外，由自修复金属和聚氨酯高分子成功组装出人体手部的软组织-骨骼系统，具有仿生结构、有效的自我修复和高机械强度，展现了ETR-M在未来仿生科技中的应用前景。

金属—高分子复合电子材料是张久洋教授课题组的重要研究方向，主要探索金属—高分子复合材料在柔性电子、电子器件以及电子化工基础材料中的科学理论与应用前景。前期相关成果还发表于Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, 119, e2200223119; Matter 2021, 4, 3001 —3014; Adv. Mater. 2021, 202104634; Mater. Horiz. 2021, 8, 3315—3323; Adv. Funct. Mater. 2019, 201808989等国际著名期刊。论文第一作者为博士生彭燕；张久洋教授是论文的唯一通讯作者。该研究成果得到国家自然科学基金（52173249, 21774020）的资助。