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Angew. Chem. :动态键介导的整链松弛增强弹性体的能量耗散


各种频率的振动在日常生活和工业中无处不在,如飞机、运输工具、工程设备和精密仪器。这些振动源的频率范围大多集中在10-2 ~ 102 Hz,导致了关键结构的疲劳破坏和健康危害,因而迫切需要开发在所需频率下具有高能量耗散的材料来抑制这些不必要的振动。聚合物的链松弛会产生高内摩擦,可以作为理想的阻尼材料,能够有效地耗散能量。基于这一机制,科研工作者发展了许多利用调整聚合物的特征松弛时间来改善所需频率下的阻尼性能的策略。根据松弛单元的长度尺度,这些策略可分为两类:链段运动和整链松弛。调整链段松弛时间的主要方法是共混和共聚,通常是定性的经验方法;2021年,北京航空航天大学刘明杰教授团队构建了一种聚合物流体凝胶,依赖于单组分半互穿网络中精确链长的受限线性链的整链松弛时间的调节,在宽频率范围内实现高能量耗散。


近日,该团队通过将动态交联的聚合物流体引入到永久交联网络构建动态交联聚合物流体凝胶,报道了一种阻尼精准靶向调控的普适策略。其关键在于强内摩擦的链松弛行为有效地耗散能量,而整链松弛的特征时间主要是由动态键的解离所主导,并且几乎与它们的链长无关,从而可以在特定频率内精准靶向地获取高能量耗散。作者以超分子聚硅氧烷作为模型材料来验证了以上设计理念,聚硅氧烷弹性体在特定频率范围内(10-2 ~ 102Hz)表现出可控的超高阻尼性能,超过了目前已知的最先进的有机硅阻尼材料。在相同的冲击力下,样品的减震性能比商用硅橡胶高300%以上。该工作为精准调控聚合物材料的高阻尼性能提供了一种全新的设计思路。



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文信息

Dynamic-Bond-Mediated Chain Reptation Enhances Energy Dissipation of Elastomers

Wei Shi, Tianxu Zhou, Binbin He, Jin Huang, Prof. Mingjie Liu

文章的第一作者是北京航空航天大学的博士研究生史未,刘明杰教授和黄金博士后为共同通讯作者。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401845



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