聚氨酯(PU)作為應(yīng)用廣泛的高分子材料，雖具有優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性，但其高度易燃性和燃燒時(shí)的劇烈熔滴行為始終是重大安全隱患。傳統(tǒng)阻燃劑如鹵系化合物雖有效卻存在環(huán)境毒性，而動(dòng)態(tài)鍵自修復(fù)技術(shù)又常以犧牲力學(xué)性能為代價(jià)。如何實(shí)現(xiàn)阻燃、自修復(fù)與機(jī)械性能的協(xié)同提升，成為涂層材料領(lǐng)域的"不可能三角"挑戰(zhàn)。
中國國家自然科學(xué)基金支持的研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將仿生材料聚多巴胺(PDA)與膨脹石墨(EG)復(fù)合，創(chuàng)造出具有三重功能的智能涂層。PDA@EG填料猶如"納米太陽能板"，能將近紅外光(NIR)轉(zhuǎn)化為82.9°C局部高溫，激活PU基體中動(dòng)態(tài)二硫鍵(S-S)和氫鍵網(wǎng)絡(luò)的重排，10分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)93.79%的損傷修復(fù)。更巧妙的是，燃燒時(shí)EG的"爆米花效應(yīng)"使其體積膨脹300倍，與PDA協(xié)同形成致密碳層，像消防毯般隔絕氧氣(O2)和熱量傳遞。
研究團(tuán)隊(duì)采用四大關(guān)鍵技術(shù)：1) 堿性條件下DA在EG表面的原位聚合構(gòu)建PDA@EG；2) 交替強(qiáng)-弱氫鍵網(wǎng)絡(luò)與二硫鍵的動(dòng)態(tài)交聯(lián)設(shè)計(jì)；3) 近紅外光照下的光熱自修復(fù)效能評(píng)估；4) 極限氧指數(shù)(LOI)和垂直燃燒測試表征阻燃性。
該涂層突破傳統(tǒng)材料性能界限：光熱轉(zhuǎn)換效率使自修復(fù)過程可控；膨脹碳層使LOI值顯著提高；而π-π共軛體系與分級(jí)氫鍵設(shè)計(jì)維持了機(jī)械強(qiáng)度。這種"三位一體"策略為航空航天、電子封裝等領(lǐng)域的智能防護(hù)涂層開發(fā)提供了新思路。
該成果發(fā)表于《Polymer Degradation and Stability》，其核心創(chuàng)新在于將生物啟發(fā)材料(PDA)與石墨相變特性(EG)深度融合，通過精準(zhǔn)的分子工程實(shí)現(xiàn)功能協(xié)同。正如審稿人所評(píng)："這種將光熱醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)移植到材料科學(xué)的跨學(xué)科研究，為解決功能涂層的悖論難題樹立了新標(biāo)桿"。未來通過優(yōu)化填料分散工藝或引入其他動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵，有望進(jìn)一步拓展其在柔性電子等新興領(lǐng)域的應(yīng)用邊界。
