自愈合材料-ppt课件.ppt

1、自愈合材料自愈合材料Self-healing MaterialsRef:Fracture-mechanics studies of crack healing and welding of polymers.J Mater Sci, 1981, 16: 204-210Ref :航空材料学报 Vol.26,No.3 P.226 June.20061.环境介质(O2和H2O)侵入CMC-MS表面 2.多元多层涂层内的自愈合组元(B,BCx, SiBx ,Si-B-C) 与环境介质迅速反应生成B2O3或SiO2B2O3 液相玻璃3. 封填裂纹,阻止环境介质的进一步入侵金属 通过固通过固- -液的相态

2、转变而修复裂隙液的相态转变而修复裂隙纯纯GaGa的熔点为的熔点为2929电化学循环在电化学循环在4040的条件下进行的条件下进行Ref:Journal of The Electrochemical Society ,158 (8) A845-A849 (2011)150150 /300 MPa /300 MPa ;0.4% ;0.4% 线性弹性应变线性弹性应变; ;冷却至冷却至 25 25 Ref:Acta Materialia 50 (2002) 35973608T6UA (2 h)含水含水环境下混凝土裂隙自愈合行为早在环境下混凝土裂隙自愈合行为早在18361836年年就已被法国科学院所发现

3、就已被法国科学院所发现混凝土Ref:Construction and Building Materials 28 (2012) 571583树脂Resins外部修复介质供应系统外部修复介质供应系统自愈合高分子材料及复合材料的发展历史链状聚合物通常加热后就熔化,有可塑性,冷却后就变硬成形,可重复使用网状聚合物在高温时仍不被熔化,也不会变形,具有很强的耐高温性能Ref:广州化学 Vol.36 No.1 P.67分子互扩散导致的自愈合分子互扩散导致的自愈合: :当两个相同的聚合物在高于其当两个相同的聚合物在高于其玻璃化转变温度（玻璃化转变温度（Tg Tg ）时进行接触，）时进行接触，会导致两者的接口

4、逐渐消失会导致两者的接口逐渐消失由光引发的自愈合由光引发的自愈合光化学光化学2+22+2的环加成反应的环加成反应热塑高分子典型的自愈合机理 (分子层面)链末端重组链末端重组环氧树脂体系所用的胺固化剂会与Grubbs催化剂发生剧烈的破坏性反应, 故使用蜡球包裹催化剂然后将蜡球和包裹了DCPD单体的微胶囊一同添加到材料基体内热固体高分子典型的自愈合机理 (结构层面)微胶囊法 Microencapsulated Systems 0D 直径:11000mRef:NATURE | VOL 409 | 15 FEBRUARY 2001|794Robert H. Grubbs开环复分解聚合开环复分解聚合 R

5、ing-opening metathesis Ring-opening metathesis polymerization (ROMP)polymerization (ROMP)Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 129Grubbs催化剂液芯纤维 1D微胶囊包裹的修复剂有限, 只能进行单次修复, 材料在二次裂纹产生的时候, 微胶囊显然不是最佳选择。为了能够尽可多的装载修复剂, 许多学者提出了用修复剂填充空芯纤维的方法,Dry在玻璃微珠填充的环氧树脂基复合材料中嵌入长约10cm、容积100L的空芯纤维, 修复剂为单组分或双组分的黏合剂Ref:Composites Struct

6、ures,1996,35:263毛细管网络法 Microvascular Systems 3DMicrovascular Systems 3D模仿人体皮肤内血管的三维网络结构, 将含DCPD修复剂的三维毛细管网络填埋在基体内部, 基体裂纹能够重复的自愈合, 在包含有三维网络结构的基体表面沉积一层环氧树脂涂层, Grubbs催化剂颗粒均匀的分散在表面的树脂内60 wt% Vaseline+40 wt%microcrystalline waxRef:10 June 2007; doi:10.1038/nmat1934多数自愈合凝胶都是通过非共价键或可逆共价键来实现其自愈合性能的。从本质上来说, 可

7、逆动态共价键都属于动态建构化学(constitutional dynamic chemistry, CDC)通过交联点的通过交联点的破坏破坏和和再形成再形成而使应力得到释放而使应力得到释放高分子凝胶自愈合机理(分子层面)疏水作用Ref:Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 82 (2011) 196202S寡聚电解质自愈合凝胶Ref:Macromol. Rapid Commu n. 2011, 32, 12531258可能通过氢键相互作用、可能通过氢键相互作用、-堆叠、阳堆叠、阳离子离子-相互作用、静电相互作用等相互作用、静电相互作用等“ 聚电解质效应聚

8、电解质效应“ 形成凝胶的三维网形成凝胶的三维网络结构络结构, 这些相互作用均为非共价键这些相互作用均为非共价键, 破坏后容易恢复破坏后容易恢复Ref:Macromolecules, Vol. 43, No. 3, 2010酰腙键亚胺键Ref:Biomacromolecules 2011, 12, 2894290Ref:Chem. Eur. J. 2009, 15, 1893 1900Appl. Mater. Interfaces, 2009, 1 (7), pp 14271436Diels-AlderDiels-Alder反应生物界面：手术植入体生物界面：手术植入体机械表面：螺旋桨，轴承，芯片封装机械表面：螺旋桨，轴承，芯片封装潜在应用前景