基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體：構(gòu)筑、性能與應(yīng)用

基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體：構(gòu)筑、性能與應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義在材料科學(xué)領(lǐng)域，自修復(fù)彈性體作為一種智能材料，近年來受到了廣泛的關(guān)注。隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)材料在面對(duì)復(fù)雜工況和長期使用時(shí)，容易出現(xiàn)損傷和失效的問題，這不僅限制了其應(yīng)用范圍，還帶來了高昂的維護(hù)和更換成本。自修復(fù)彈性體的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了新的途徑。自修復(fù)彈性體是指在受到外界損傷后，能夠通過自身的修復(fù)機(jī)制恢復(fù)其原有性能的一類彈性材料。這種獨(dú)特的性能使其在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，如航空航天、汽車制造、電子設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)等。在航空航天領(lǐng)域，飛行器的結(jié)構(gòu)部件需要承受極端的力學(xué)和環(huán)境條件，一旦出現(xiàn)損傷，后果不堪設(shè)想。自修復(fù)彈性體的應(yīng)用可以有效地提高飛行器結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，減少維修次數(shù)和停機(jī)時(shí)間，降低運(yùn)營成本。在汽車制造中，自修復(fù)彈性體可用于制造輪胎、密封件等部件，延長其使用壽命，提高汽車的整體性能。在電子設(shè)備方面，自修復(fù)彈性體可用于柔性電子器件，如可穿戴設(shè)備、柔性顯示屏等，提高其耐用性和穩(wěn)定性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，自修復(fù)彈性體可模擬生物組織的自愈特性，用于制造人工關(guān)節(jié)、血管支架等醫(yī)療器械，減少患者的痛苦和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。然而，目前大多數(shù)自修復(fù)彈性體存在修復(fù)效率低、修復(fù)條件苛刻等問題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了克服這些問題，研究人員致力于開發(fā)新型的自修復(fù)彈性體，其中基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體成為了研究的熱點(diǎn)之一。金屬配位鍵是由金屬離子與配體之間通過配位作用形成的化學(xué)鍵，具有較強(qiáng)的鍵能和可逆性。氫鍵則是一種弱相互作用，廣泛存在于分子間或分子內(nèi)。將金屬配位鍵和氫鍵引入彈性體中，形成雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，提高彈性體的力學(xué)性能和自修復(fù)性能。金屬配位鍵可以提供較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使彈性體在承受較大外力時(shí)不易發(fā)生斷裂；氫鍵則具有良好的動(dòng)態(tài)可逆性，能夠在彈性體受到損傷時(shí)迅速斷裂并重新形成，從而實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的過程。這種基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體的研究，對(duì)于推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展具有重要的理論意義。它為深入理解材料的自修復(fù)機(jī)制提供了新的視角，有助于揭示材料在微觀層面的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。通過研究金屬配位鍵和氫鍵在自修復(fù)過程中的協(xié)同作用，能夠進(jìn)一步完善自修復(fù)材料的理論體系，為設(shè)計(jì)和開發(fā)更加高效的自修復(fù)材料提供理論指導(dǎo)。在實(shí)際應(yīng)用中，這種自修復(fù)彈性體也具有重要的意義。它可以顯著延長材料的使用壽命，減少資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。在資源日益緊張和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的今天，這一點(diǎn)顯得尤為重要。其良好的自修復(fù)性能還可以降低設(shè)備的維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。通過深入研究其制備方法、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及自修復(fù)機(jī)制，有望開發(fā)出具有優(yōu)異性能的自修復(fù)彈性體，為多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。1.2自修復(fù)彈性體概述自修復(fù)彈性體是一類能夠在受到損傷后，通過自身內(nèi)部的特定機(jī)制自動(dòng)恢復(fù)其原有結(jié)構(gòu)和性能的彈性材料。其自修復(fù)特性的實(shí)現(xiàn)，主要依賴于材料內(nèi)部存在的可逆相互作用，如氫鍵、金屬配位鍵、π-π堆積、離子相互作用等非共價(jià)鍵，以及二硫鍵、Diels-Alder動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵、酰腙鍵和硼酸鹽酯鍵等可逆共價(jià)鍵。這些可逆相互作用在彈性體受到損傷時(shí)，能夠發(fā)生斷裂以耗散能量，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展；而在適當(dāng)?shù)臈l件下，又能夠重新形成，使彈性體的結(jié)構(gòu)和性能得以恢復(fù)。根據(jù)自修復(fù)機(jī)制的不同，自修復(fù)彈性體大致可分為本征自修復(fù)彈性體和外在自修復(fù)彈性體兩類。本征自修復(fù)彈性體是依靠材料自身的分子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的可逆相互作用來實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，無需外部添加修復(fù)劑。其中，又可根據(jù)自修復(fù)鍵的類型細(xì)分為具有可逆非共價(jià)鍵合的自修復(fù)彈性體、具有可逆共價(jià)鍵合的自修復(fù)彈性體和具有多重鍵合的自修復(fù)彈性體。具有可逆非共價(jià)鍵的自修復(fù)彈性體，利用氫鍵、π-π疊、離子相互作用和配位鍵等非共價(jià)鍵的動(dòng)態(tài)可逆性來實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。例如，一些基于脂肪酸的超分子自修復(fù)橡膠，通過分子鏈上多官能團(tuán)之間形成的平行氫鍵相互作用，在室溫下即可實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。具有可逆共價(jià)鍵的自修復(fù)彈性體，則是通過二硫鍵、Diels-Alder動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵、酰腙鍵和硼酸鹽酯鍵等可逆共價(jià)鍵的斷裂和重新形成來修復(fù)損傷。像含有芳香族二硫化物的聚氨酯彈性體，利用芳香族二硫化合物在三級(jí)胺催化下于室溫發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了無需外界干預(yù)的自修復(fù)。具有多重鍵合的自修復(fù)彈性體，則結(jié)合了可逆非共價(jià)鍵和可逆共價(jià)鍵的優(yōu)點(diǎn)，通過多種鍵合方式的協(xié)同作用來提高自修復(fù)性能和力學(xué)性能。外在自修復(fù)彈性體則是通過在材料內(nèi)部引入外部修復(fù)劑來實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。其中，微膠囊自修復(fù)體系是較為常見的一種。在這種體系中，將修復(fù)劑封裝在微膠囊內(nèi)，均勻分散于彈性體基體中。當(dāng)彈性體受到損傷時(shí)，微膠囊破裂，釋放出修復(fù)劑，修復(fù)劑在催化劑或引發(fā)劑的作用下，與彈性體發(fā)生反應(yīng)，從而修復(fù)損傷部位。近年來，自修復(fù)彈性體的研究取得了顯著進(jìn)展。研究人員通過不斷優(yōu)化材料的分子結(jié)構(gòu)、引入新型的可逆相互作用以及開發(fā)新的制備方法，致力于提高自修復(fù)彈性體的自修復(fù)效率、力學(xué)性能和穩(wěn)定性。在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，通過精確調(diào)控聚合物鏈的長度、組成和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及引入特定的官能團(tuán)，來增強(qiáng)分子間的相互作用，從而改善自修復(fù)性能和力學(xué)性能。引入新型的可逆相互作用，如金屬-有機(jī)框架（MOF）中的金屬配位鍵，為自修復(fù)彈性體的性能提升提供了新的途徑。新的制備方法，如3D打印技術(shù)，能夠精確控制材料的微觀結(jié)構(gòu)和組成，為制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和特殊性能的自修復(fù)彈性體提供了可能。在應(yīng)用研究方面，自修復(fù)彈性體在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。在航空航天領(lǐng)域，自修復(fù)彈性體可用于制造飛行器的機(jī)翼、機(jī)身等結(jié)構(gòu)部件，以及密封材料、絕緣材料等功能部件。當(dāng)這些部件受到微小損傷時(shí)，自修復(fù)彈性體能夠自動(dòng)修復(fù)，從而提高飛行器的結(jié)構(gòu)完整性和安全性，減少維修成本和停機(jī)時(shí)間。在汽車制造中，自修復(fù)彈性體可用于制造輪胎、密封件、保險(xiǎn)杠等部件。輪胎在行駛過程中容易受到磨損和劃傷，自修復(fù)彈性體輪胎能夠自動(dòng)修復(fù)損傷，延長輪胎的使用壽命，提高行車安全性；密封件和保險(xiǎn)杠采用自修復(fù)彈性體材料，能夠在受到撞擊或擠壓時(shí)自動(dòng)恢復(fù)形狀和性能，減少更換成本。在電子設(shè)備領(lǐng)域，自修復(fù)彈性體可用于柔性電子器件，如可穿戴設(shè)備、柔性顯示屏、傳感器等。這些器件在使用過程中容易受到彎曲、拉伸等外力作用而損壞，自修復(fù)彈性體的應(yīng)用能夠提高器件的耐用性和穩(wěn)定性，延長其使用壽命。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，自修復(fù)彈性體可模擬生物組織的自愈特性，用于制造人工關(guān)節(jié)、血管支架、傷口敷料等醫(yī)療器械。人工關(guān)節(jié)和血管支架在體內(nèi)長期使用時(shí)，可能會(huì)受到磨損和腐蝕，自修復(fù)彈性體材料能夠自動(dòng)修復(fù)損傷，提高器械的使用壽命和生物相容性；傷口敷料采用自修復(fù)彈性體材料，能夠在傷口愈合過程中自動(dòng)修復(fù)，保持敷料的完整性和功能性，促進(jìn)傷口愈合。1.3金屬配位鍵和氫鍵在自修復(fù)彈性體中的作用金屬配位鍵在自修復(fù)彈性體中扮演著至關(guān)重要的角色。它是由金屬離子與含有孤對(duì)電子的配體之間通過配位作用形成的化學(xué)鍵。在自修復(fù)彈性體體系中，常見的金屬離子如Fe3?、Cu2?、Zn2?等，它們能夠與聚合物鏈上的特定官能團(tuán)，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）、氨基（-NH?）等發(fā)生配位反應(yīng)，形成穩(wěn)定的金屬配位絡(luò)合物。以含有羧基的聚合物與Fe3?形成的金屬配位鍵為例，羧基中的氧原子具有孤對(duì)電子，能夠與Fe3?的空軌道形成配位鍵。這種配位作用可以在聚合物鏈之間架起橋梁，從而構(gòu)建起交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。金屬配位鍵的存在顯著提高了彈性體的力學(xué)性能。由于其具有較高的鍵能，能夠有效限制聚合物鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使彈性體在承受外力時(shí)，分子鏈不易發(fā)生滑移和斷裂，進(jìn)而增強(qiáng)了彈性體的強(qiáng)度和硬度。一些基于金屬配位鍵交聯(lián)的聚氨酯彈性體，其拉伸強(qiáng)度相較于未交聯(lián)的聚氨酯有了大幅提升，能夠滿足更多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)材料力學(xué)性能的要求。金屬配位鍵還具有獨(dú)特的動(dòng)態(tài)可逆性。當(dāng)彈性體受到外力作用時(shí)，金屬配位鍵會(huì)在一定程度上發(fā)生解離，以耗散能量，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。而當(dāng)外力去除后，在合適的條件下，解離的金屬離子和配體又能夠重新結(jié)合，恢復(fù)金屬配位鍵，從而使彈性體的結(jié)構(gòu)和性能得到恢復(fù)。這種動(dòng)態(tài)可逆性為彈性體的自修復(fù)提供了重要的機(jī)制。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)自修復(fù)彈性體受到劃傷或微小裂紋損傷時(shí)，金屬配位鍵的動(dòng)態(tài)可逆性能夠使其在室溫等溫和條件下實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，無需額外的外部刺激，極大地提高了材料的實(shí)用性和可靠性。氫鍵作為一種廣泛存在的弱相互作用，在自修復(fù)彈性體中也發(fā)揮著不可或缺的作用。氫鍵是由氫原子與電負(fù)性較大的原子（如氮、氧、氟等）之間形成的一種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用。在自修復(fù)彈性體體系中，聚合物分子鏈上的各種官能團(tuán)之間可以通過氫鍵相互作用，形成豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。以含有脲基的聚合物為例，脲基中的氮原子和氫原子能夠與相鄰分子鏈上的羰基氧原子形成氫鍵。這種氫鍵相互作用使得聚合物分子鏈之間相互纏繞和交聯(lián)，形成了一種類似網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。氫鍵網(wǎng)絡(luò)賦予了彈性體良好的柔韌性和彈性。由于氫鍵的鍵能相對(duì)較低，在受到外力作用時(shí)，氫鍵容易發(fā)生斷裂，從而使聚合物分子鏈能夠相對(duì)滑動(dòng)，吸收和耗散能量，使彈性體表現(xiàn)出良好的柔韌性和彈性。一些基于氫鍵交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體，其斷裂伸長率可以達(dá)到較高的數(shù)值，能夠在較大的形變范圍內(nèi)保持良好的彈性性能。氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆性也為彈性體的自修復(fù)提供了重要的保障。當(dāng)彈性體受到損傷時(shí)，裂紋周圍的氫鍵會(huì)發(fā)生斷裂，以阻止裂紋的擴(kuò)展。而在適當(dāng)?shù)臈l件下，斷裂的氫鍵能夠迅速重新形成，使彈性體的結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)。這種自修復(fù)過程通常可以在室溫下進(jìn)行，并且不需要額外的催化劑或引發(fā)劑，具有高效、便捷的特點(diǎn)。在一些自修復(fù)橡膠材料中，通過氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆性，材料在受到切割后，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，恢復(fù)其力學(xué)性能和密封性能。綜上所述，金屬配位鍵和氫鍵在自修復(fù)彈性體中各自發(fā)揮著獨(dú)特的作用。金屬配位鍵提供了較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使彈性體能夠承受較大的外力；而氫鍵則賦予了彈性體良好的柔韌性和自修復(fù)性能，使其能夠在損傷后迅速恢復(fù)。將金屬配位鍵和氫鍵引入彈性體中，形成雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，有望充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，克服單一交聯(lián)方式的局限性，進(jìn)一步提高自修復(fù)彈性體的綜合性能，為自修復(fù)彈性體的研究和應(yīng)用開辟新的方向。二、金屬配位鍵和氫鍵的基本原理2.1金屬配位鍵2.1.1金屬配位鍵的形成與特點(diǎn)金屬配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵，其形成過程基于配位作用。當(dāng)金屬離子與含有孤對(duì)電子的配體相互靠近時(shí)，配體上的孤對(duì)電子會(huì)進(jìn)入金屬離子的空軌道，從而形成共享電子對(duì)，這一過程便形成了金屬配位鍵。以常見的鐵離子（Fe3?）與氮原子配位為例，氮原子具有一對(duì)孤對(duì)電子，而Fe3?擁有空軌道，二者相遇時(shí)，氮原子的孤對(duì)電子填充到Fe3?的空軌道中，進(jìn)而形成穩(wěn)定的配位鍵。這種配位鍵的形成使得金屬離子與配體之間建立起了緊密的聯(lián)系，從而構(gòu)成了復(fù)雜的配位化合物。金屬配位鍵具有諸多獨(dú)特的特點(diǎn)。首先，其鍵能具有可調(diào)節(jié)性。鍵能的大小受到多種因素的影響，包括金屬離子的電荷數(shù)、半徑以及配體的電子性質(zhì)和空間構(gòu)型等。一般來說，金屬離子的電荷數(shù)越高，其與配體之間的靜電吸引力越強(qiáng)，配位鍵的鍵能也就越大；金屬離子半徑越小，與配體的距離越近，鍵能也會(huì)相應(yīng)增大。不同的配體具有不同的電子給予能力和空間位阻，這也會(huì)對(duì)鍵能產(chǎn)生顯著影響。強(qiáng)配體能夠與金屬離子形成更強(qiáng)的配位鍵，而空間位阻較大的配體可能會(huì)削弱配位鍵的強(qiáng)度。金屬配位鍵在熱力學(xué)上具有穩(wěn)定性。一旦形成，配位鍵能夠在一定條件下保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，使得配位化合物具有一定的穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性使得金屬配位鍵在許多化學(xué)反應(yīng)和材料應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。在催化劑中，金屬配位化合物的穩(wěn)定性能夠保證催化劑在反應(yīng)過程中保持其活性結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)高效的催化反應(yīng)。金屬配位鍵還具有動(dòng)力學(xué)活潑性。在適當(dāng)?shù)臈l件下，配位鍵可以發(fā)生解離和再形成的過程。這種動(dòng)力學(xué)活潑性為金屬配位化合物參與各種化學(xué)反應(yīng)提供了可能。在一些催化反應(yīng)中，金屬配位鍵的解離和再形成過程是反應(yīng)的關(guān)鍵步驟，通過這種動(dòng)態(tài)過程，金屬離子能夠與反應(yīng)物發(fā)生相互作用，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)金屬配位化合物與反應(yīng)物接觸時(shí)，配位鍵可能會(huì)發(fā)生部分解離，使金屬離子能夠與反應(yīng)物分子結(jié)合，形成反應(yīng)中間體，進(jìn)而推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。隨后，反應(yīng)中間體再通過配位鍵的重新形成，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，同時(shí)金屬配位化合物恢復(fù)到原來的狀態(tài)，繼續(xù)參與下一輪反應(yīng)。2.1.2金屬離子與配體的選擇在構(gòu)建基于金屬配位鍵的自修復(fù)彈性體時(shí)，金屬離子與配體的選擇至關(guān)重要，它們的特性直接影響著彈性體的性能。常見的金屬離子在自修復(fù)彈性體中有著廣泛的應(yīng)用。過渡金屬離子如Fe3?、Cu2?、Zn2?等，由于其具有多個(gè)空軌道和可變的氧化態(tài)，能夠與多種配體形成穩(wěn)定的配位鍵，因此被廣泛應(yīng)用于自修復(fù)彈性體的制備中。Fe3?具有較強(qiáng)的配位能力，能夠與多種含氮、氧等配位原子的配體形成穩(wěn)定的配合物，在自修復(fù)彈性體中可提供較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在一些研究中，將含有羧基的聚合物與Fe3?配位，形成的金屬配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)顯著提高了彈性體的拉伸強(qiáng)度和抗撕裂性能。不同的金屬離子具有各自獨(dú)特的特性。金屬離子的電荷數(shù)、半徑和電子構(gòu)型等因素會(huì)影響其與配體的配位能力和配位方式。電荷數(shù)較高的金屬離子通常具有更強(qiáng)的配位能力，能夠與更多的配體形成配位鍵；半徑較小的金屬離子則更容易與配體緊密結(jié)合，形成穩(wěn)定的配位結(jié)構(gòu)。金屬離子的電子構(gòu)型也會(huì)對(duì)其配位性質(zhì)產(chǎn)生影響，例如，具有d軌道電子的過渡金屬離子，其d電子的排布方式會(huì)影響配位鍵的形成和穩(wěn)定性。配體在金屬配位鍵的形成中起著關(guān)鍵作用，其種類繁多，包括有機(jī)配體和無機(jī)配體。有機(jī)配體如含有羧基（-COOH）、羥基（-OH）、氨基（-NH?）等官能團(tuán)的化合物，能夠通過這些官能團(tuán)與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)。含有羧基的配體，其羧基中的氧原子可以提供孤對(duì)電子與金屬離子配位，形成穩(wěn)定的配位鍵。無機(jī)配體如鹵素離子（Cl?、Br?、I?）、氰根離子（CN?）等也能與金屬離子形成配位化合物。配體的特性同樣對(duì)配位鍵的性質(zhì)和彈性體的性能有著重要影響。配體的配位能力、空間構(gòu)型和電子效應(yīng)等因素需要綜合考慮。配位能力強(qiáng)的配體能夠與金屬離子形成更穩(wěn)定的配位鍵，提高彈性體的力學(xué)性能和穩(wěn)定性；配體的空間構(gòu)型會(huì)影響配位化合物的結(jié)構(gòu)和分子間的相互作用，進(jìn)而影響彈性體的柔韌性和自修復(fù)性能；配體的電子效應(yīng)則會(huì)影響金屬離子的電子云密度和配位鍵的極性，對(duì)彈性體的物理和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。在選擇金屬離子和配體時(shí)，需要根據(jù)具體的需求進(jìn)行綜合考量。如果需要提高彈性體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可以選擇配位能力強(qiáng)、鍵能較高的金屬離子和配體組合；若注重彈性體的柔韌性和自修復(fù)性能，則需要考慮配體的空間構(gòu)型和電子效應(yīng)，選擇能夠形成較為柔性的配位網(wǎng)絡(luò)且具有良好動(dòng)態(tài)可逆性的金屬離子和配體。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮金屬離子和配體的來源、成本以及對(duì)環(huán)境的影響等因素，以實(shí)現(xiàn)材料的性能優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展。2.2氫鍵2.2.1氫鍵的定義與本質(zhì)氫鍵是一種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用，其定義為：當(dāng)氫原子與電負(fù)性較大的原子（如氟、氧、氮等）以共價(jià)鍵結(jié)合后，該氫原子會(huì)與另一個(gè)電負(fù)性較大且含有孤對(duì)電子的原子之間產(chǎn)生一種靜電吸引作用，這種作用即為氫鍵，通常可表示為X-H…Y的形式，其中X和Y代表電負(fù)性大且原子半徑較小的非金屬原子，如F、O、N等，實(shí)線表示極性共價(jià)鍵，點(diǎn)劃線表示氫鍵。以水分子為例，水中的氫原子與氧原子形成共價(jià)鍵，由于氧原子的電負(fù)性較大，使得氫原子帶有部分正電荷，當(dāng)該氫原子與另一個(gè)水分子中的氧原子接近時(shí)，就會(huì)形成氫鍵。從本質(zhì)上來說，氫鍵是一種弱相互作用，其本質(zhì)源于靜電作用力。在X-H鍵中，由于X的電負(fù)性較大，電子云偏向X原子，使得氫原子帶有部分正電荷，成為一個(gè)裸露的質(zhì)子，而Y原子由于含有孤對(duì)電子且電負(fù)性較大，帶有部分負(fù)電荷，氫原子與Y原子之間的靜電吸引作用便形成了氫鍵。氫鍵的強(qiáng)度適中，其鍵能一般在5-30kJ/mol之間，比一般的共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵的鍵能要小，但比分子間作用力（范德華力）稍強(qiáng)。這種適中的強(qiáng)度使得氫鍵在許多化學(xué)和生物過程中發(fā)揮著重要作用。在蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)中，α-螺旋和β-折疊的形成都依賴于氫鍵的作用，氫鍵的存在維持了蛋白質(zhì)的特定空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而保證了蛋白質(zhì)的生物活性。氫鍵還具有方向性和飽和性的特點(diǎn)。方向性是指氫鍵的形成通常要求X-H…Y在同一條直線上，這樣可以使X-H鍵的偶極矩與Y原子的孤對(duì)電子之間的相互作用最強(qiáng)，從而形成最穩(wěn)定的氫鍵。在冰的晶體結(jié)構(gòu)中，水分子之間通過氫鍵相互連接，每個(gè)水分子的氫原子都沿著與氧原子的共價(jià)鍵方向與另一個(gè)水分子的氧原子形成氫鍵，使得冰具有規(guī)則的四面體結(jié)構(gòu)。飽和性則是由于氫原子的體積較小，一個(gè)氫原子只能與一個(gè)Y原子形成氫鍵，同時(shí)由于負(fù)離子之間的相互排斥，另一個(gè)電負(fù)性大的原子Y′很難再接近氫原子。2.2.2氫鍵的類型與影響因素氫鍵根據(jù)其形成位置的不同，可分為分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵。分子間氫鍵是指不同分子之間形成的氫鍵，許多常見的物質(zhì)中都存在分子間氫鍵。在水（H?O）中，水分子之間通過分子間氫鍵相互連接，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一個(gè)水分子中的氫原子與另一個(gè)水分子中的氧原子形成氫鍵，這種分子間氫鍵的存在使得水具有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和比熱容等特殊性質(zhì)。在氨（NH?）中，氨分子之間也能形成分子間氫鍵，使得氨氣在常溫常壓下容易液化。分子內(nèi)氫鍵則是指在同一分子內(nèi)部形成的氫鍵。一些有機(jī)化合物中常常存在分子內(nèi)氫鍵。在鄰硝基苯酚中，硝基中的氧原子與羥基中的氫原子可以形成分子內(nèi)氫鍵，這種分子內(nèi)氫鍵的形成使得分子形成了一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，影響了分子的物理和化學(xué)性質(zhì)。與分子間氫鍵相比，分子內(nèi)氫鍵的形成通常會(huì)使分子的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)降低，因?yàn)榉肿觾?nèi)氫鍵的形成減少了分子間的相互作用，使得分子更容易脫離彼此的束縛。氫鍵的形成和強(qiáng)度受到多種因素的影響。氫鍵供體和受體的電負(fù)性是影響氫鍵強(qiáng)度的重要因素之一。電負(fù)性越大，原子吸引電子的能力越強(qiáng)，使得X-H鍵的極性越強(qiáng)，氫原子上的正電荷密度越高，與受體Y原子之間的靜電作用也就越強(qiáng)，形成的氫鍵也就越強(qiáng)。氟原子的電負(fù)性最大，因此F-H…F氫鍵的強(qiáng)度在常見氫鍵中是比較強(qiáng)的，其鍵能可達(dá)155kJ/mol左右；而氮原子的電負(fù)性相對(duì)較小，N-H…N氫鍵的鍵能相對(duì)較弱，一般在13kJ/mol左右。原子半徑也會(huì)對(duì)氫鍵的形成和強(qiáng)度產(chǎn)生影響。原子半徑較小的原子更容易形成強(qiáng)氫鍵，因?yàn)樗鼈兛梢愿o密地接近氫原子，增強(qiáng)與氫原子之間的靜電作用。在形成氫鍵時(shí)，氧原子的半徑比硫原子小，所以O(shè)-H…O氫鍵的強(qiáng)度通常比S-H…O氫鍵強(qiáng)。分子構(gòu)型和空間效應(yīng)也會(huì)影響氫鍵的形成和強(qiáng)度。分子構(gòu)型會(huì)影響氫鍵的取向和距離，從而影響氫鍵的強(qiáng)度。在蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)中，α-螺旋和β-折疊的形成依賴于分子內(nèi)特定的氫鍵模式，這些氫鍵的空間排列對(duì)于維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。如果分子的空間構(gòu)型不利于氫鍵的形成，例如存在較大的空間位阻，那么氫鍵的形成就會(huì)受到阻礙，強(qiáng)度也會(huì)減弱。溶劑的性質(zhì)對(duì)氫鍵的形成和強(qiáng)度也有顯著影響。極性溶劑如水可以增加氫鍵的強(qiáng)度，因?yàn)闃O性溶劑分子可以與氫鍵供體或受體競(jìng)爭(zhēng)氫原子，從而改變氫鍵的形成環(huán)境。在極性溶劑中，溶劑分子與溶質(zhì)分子之間的相互作用會(huì)影響溶質(zhì)分子間氫鍵的形成和穩(wěn)定性。如果溶劑分子與溶質(zhì)分子之間形成的氫鍵比溶質(zhì)分子自身之間的氫鍵更強(qiáng)，那么溶質(zhì)分子間的氫鍵就會(huì)被破壞，反之則會(huì)增強(qiáng)溶質(zhì)分子間的氫鍵。溫度也是影響氫鍵強(qiáng)弱的重要因素。溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的距離增大，氫鍵的參與者更容易克服氫鍵的束縛力，導(dǎo)致氫鍵的斷裂，從而使氫鍵的強(qiáng)度減弱。在高溫下，一些原本依靠氫鍵維持結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，例如蛋白質(zhì)在高溫下會(huì)發(fā)生變性，就是因?yàn)闅滏I被破壞，導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。酸堿度（pH值）的變化也可以影響某些氫鍵的形成。pH值的變化會(huì)影響分子上氫原子的可及性和受體的電荷狀態(tài)。在酸性條件下，一些堿性基團(tuán)可能會(huì)被質(zhì)子化，從而失去形成氫鍵的能力；在堿性條件下，一些酸性基團(tuán)可能會(huì)失去質(zhì)子，改變其電荷狀態(tài)，進(jìn)而影響氫鍵的形成。三、基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體制備方法3.1制備原理與策略3.1.1雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思路雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是基于對(duì)金屬配位鍵和氫鍵各自特性的深入理解與巧妙利用。金屬配位鍵具有較高的鍵能，這使得它能夠?yàn)閺椥泽w提供強(qiáng)大的支撐，增強(qiáng)彈性體的力學(xué)性能，使其在承受較大外力時(shí)依然能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性。在一些金屬配位交聯(lián)的彈性體中，金屬離子與配體之間形成的配位鍵能夠有效限制聚合物鏈的運(yùn)動(dòng)，從而顯著提高彈性體的拉伸強(qiáng)度和硬度，使其能夠滿足在高強(qiáng)度應(yīng)用場(chǎng)景下的需求。氫鍵雖然鍵能相對(duì)較低，但它具有良好的動(dòng)態(tài)可逆性。在彈性體受到外力作用時(shí)，氫鍵能夠迅速斷裂，吸收并耗散能量，有效地阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，從而保護(hù)彈性體的整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)外力去除后，氫鍵又能夠在適當(dāng)?shù)臈l件下迅速重新形成，使彈性體的結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)，展現(xiàn)出良好的自修復(fù)性能。在一些基于氫鍵的自修復(fù)材料中，材料在受到輕微劃傷后，通過氫鍵的動(dòng)態(tài)作用，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，恢復(fù)其表面的完整性和力學(xué)性能。將金屬配位鍵和氫鍵引入彈性體中形成雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，正是為了充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)性能的協(xié)同提升。在這個(gè)雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，金屬配位鍵作為主要的承載結(jié)構(gòu)，為彈性體提供了穩(wěn)定的力學(xué)支撐，確保彈性體在正常使用過程中能夠承受各種外力的作用；而氫鍵則作為輔助的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，在彈性體受到損傷時(shí)，能夠迅速響應(yīng)，通過自身的斷裂和重新形成，實(shí)現(xiàn)能量的耗散和結(jié)構(gòu)的修復(fù)，從而提高彈性體的自修復(fù)能力。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)思路，在材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要精心布局。選擇合適的金屬離子和配體，使其能夠形成穩(wěn)定且具有一定動(dòng)態(tài)性的金屬配位鍵。常見的金屬離子如Fe3?、Cu2?、Zn2?等，它們與含有羧基、羥基、氨基等官能團(tuán)的配體具有良好的配位能力。通過合理設(shè)計(jì)聚合物鏈上的官能團(tuán)分布，使金屬離子能夠與這些官能團(tuán)在合適的位置形成配位鍵，構(gòu)建起穩(wěn)定的金屬配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，在聚合物鏈上引入能夠形成氫鍵的官能團(tuán)，如脲基、酰胺基等，使聚合物分子鏈之間能夠通過氫鍵相互作用，形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)。通過精確控制金屬配位鍵和氫鍵的密度、分布以及相互作用方式，實(shí)現(xiàn)雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而獲得具有優(yōu)異力學(xué)性能和自修復(fù)性能的自修復(fù)彈性體。3.1.2制備過程中的關(guān)鍵因素在制備基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體時(shí)，諸多因素對(duì)金屬配位鍵和氫鍵的形成以及彈性體的最終性能有著關(guān)鍵影響。反應(yīng)條件中的溫度、反應(yīng)時(shí)間和pH值是需要重點(diǎn)關(guān)注的因素。溫度對(duì)金屬配位鍵和氫鍵的形成速率和穩(wěn)定性有著顯著影響。在較低溫度下，金屬離子與配體之間的配位反應(yīng)速率較慢，可能導(dǎo)致配位不完全，影響彈性體的力學(xué)性能；而溫度過高，則可能使已經(jīng)形成的金屬配位鍵和氫鍵發(fā)生解離，同樣不利于彈性體性能的提升。在一些研究中發(fā)現(xiàn)，制備基于金屬配位鍵和氫鍵的聚氨酯彈性體時(shí)，反應(yīng)溫度控制在50-70℃較為適宜，在此溫度范圍內(nèi)，既能保證金屬配位鍵和氫鍵的快速形成，又能確保它們的穩(wěn)定性。反應(yīng)時(shí)間也至關(guān)重要。如果反應(yīng)時(shí)間過短，金屬配位鍵和氫鍵的形成可能不充分，導(dǎo)致彈性體的交聯(lián)程度不足，力學(xué)性能和自修復(fù)性能較差；而反應(yīng)時(shí)間過長，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，還可能引發(fā)副反應(yīng)，對(duì)彈性體的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。在制備過程中，需要通過實(shí)驗(yàn)確定最佳的反應(yīng)時(shí)間，一般來說，反應(yīng)時(shí)間在數(shù)小時(shí)到十幾小時(shí)不等，具體取決于反應(yīng)體系的復(fù)雜性和反應(yīng)物的活性。pH值對(duì)金屬配位鍵和氫鍵的形成也有著重要影響。不同的金屬離子和配體在不同的pH值條件下，其配位能力和氫鍵的形成能力會(huì)發(fā)生變化。一些金屬離子在酸性條件下可能更容易與配體形成配位鍵，而在堿性條件下，氫鍵的形成可能更為有利。因此，在制備過程中，需要根據(jù)所選用的金屬離子和配體，精確調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，以促進(jìn)金屬配位鍵和氫鍵的形成。原料比例是另一個(gè)關(guān)鍵因素。金屬離子與配體的比例直接影響金屬配位鍵的密度和結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬離子與配體的比例合適時(shí)，能夠形成均勻且穩(wěn)定的金屬配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，有效提高彈性體的力學(xué)性能；若比例不當(dāng)，可能導(dǎo)致金屬配位鍵的密度過高或過低，過高會(huì)使彈性體過于剛性，柔韌性和自修復(fù)性能下降，過低則無法提供足夠的力學(xué)支撐，使彈性體的強(qiáng)度不足。在一些基于金屬配位鍵的自修復(fù)彈性體中，金屬離子與配體的摩爾比通?？刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，如1:2-1:4之間，以獲得最佳的性能。聚合物鏈上能形成氫鍵的官能團(tuán)的含量也會(huì)影響氫鍵網(wǎng)絡(luò)的形成和彈性體的性能。官能團(tuán)含量過低，氫鍵網(wǎng)絡(luò)的密度不足，自修復(fù)性能難以充分發(fā)揮；官能團(tuán)含量過高，則可能導(dǎo)致聚合物鏈之間的相互作用過強(qiáng)，使彈性體的柔韌性降低。在設(shè)計(jì)聚合物分子結(jié)構(gòu)時(shí)，需要合理控制能形成氫鍵的官能團(tuán)的含量，以實(shí)現(xiàn)氫鍵網(wǎng)絡(luò)與金屬配位網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，優(yōu)化彈性體的性能。溶劑的選擇對(duì)金屬配位鍵和氫鍵的形成也不容忽視。不同的溶劑具有不同的極性和溶解性，會(huì)影響金屬離子、配體以及聚合物分子的溶解性和相互作用。極性溶劑可能有利于金屬離子與配體的配位反應(yīng)，促進(jìn)金屬配位鍵的形成；而一些非極性溶劑則可能更有利于氫鍵的形成。在選擇溶劑時(shí)，需要綜合考慮反應(yīng)體系中各物質(zhì)的溶解性和相互作用，以及對(duì)金屬配位鍵和氫鍵形成的影響，選擇最適宜的溶劑或溶劑組合。在某些制備過程中，可能會(huì)采用混合溶劑的方式，以兼顧金屬配位鍵和氫鍵的形成需求，提高彈性體的性能。3.2典型制備方法實(shí)例3.2.1聚硅氧烷彈性體的制備以制備一種基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體為例，其具體制備步驟如下：首先進(jìn)行含脲基和羧基的聚硅氧烷的合成。將一定量的氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷（APDMS）加入到裝有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝管的三口燒瓶中，以四氫呋喃（THF）為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）緩慢滴加到反應(yīng)體系中，控制APDMS與IPDI的摩爾比為1:1.5，在50℃下攪拌反應(yīng)6小時(shí)，使異氰酸酯基團(tuán)與氨丙基充分反應(yīng)，得到含有異氰酸酯端基的聚硅氧烷預(yù)聚體。接著，將含有羧基的擴(kuò)鏈劑（如丁二酸二酰肼）加入到上述預(yù)聚體中，控制擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚體的摩爾比為1:1.2，在60℃下繼續(xù)攪拌反應(yīng)8小時(shí)，使擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚體發(fā)生反應(yīng)，在聚硅氧烷分子鏈上引入脲基和羧基，得到含脲基和羧基的聚硅氧烷。隨后進(jìn)行金屬離子的添加。將合成好的含脲基和羧基的聚硅氧烷溶解在適量的THF中，配制成一定濃度的溶液。將一定量的金屬鹽（如三氟甲磺酸鐵Fe(OTf)?）溶解在甲醇中，配制成金屬離子溶液。在攪拌條件下，將金屬離子溶液緩慢滴加到聚硅氧烷溶液中，控制金屬離子與羧基的摩爾比為1:3，滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)4小時(shí)，使金屬離子與羧基充分配位，形成金屬配位鍵。此時(shí)，體系中不僅存在金屬配位鍵，聚硅氧烷分子鏈上的脲基之間還會(huì)通過氫鍵相互作用，形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而得到基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體。在整個(gè)制備過程中，反應(yīng)溫度、時(shí)間以及各原料的比例都對(duì)彈性體的性能有著重要影響。反應(yīng)溫度過高可能導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，影響彈性體的結(jié)構(gòu)和性能；反應(yīng)時(shí)間過短則可能使反應(yīng)不完全，無法形成理想的雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。原料比例的不當(dāng)會(huì)影響金屬配位鍵和氫鍵的密度，進(jìn)而影響彈性體的力學(xué)性能和自修復(fù)性能。3.2.2聚氨酯彈性體的制備聚氨酯彈性體的制備過程較為復(fù)雜，涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟和原料的選擇。首先是軟段的選擇，常見的軟段包括聚醚多元醇和聚酯多元醇。聚醚多元醇具有良好的柔韌性和耐水解性，如聚四氫呋喃醚二醇（PTMEG），其分子鏈中的醚鍵使得分子鏈具有較好的柔順性，能夠賦予聚氨酯彈性體良好的低溫性能和柔韌性。聚酯多元醇則具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，像聚己二酸己二醇酯二醇（PEA），其分子鏈中的酯鍵使得分子間作用力較強(qiáng)，能夠提高聚氨酯彈性體的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可以選擇合適的軟段或軟段組合。若需要制備在低溫環(huán)境下使用的聚氨酯彈性體，可優(yōu)先選擇聚醚多元醇作為軟段；若對(duì)彈性體的強(qiáng)度和耐磨性要求較高，則可選用聚酯多元醇。硬段的選擇也至關(guān)重要，通常采用二異氰酸酯類化合物。常見的有4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）。MDI具有較高的反應(yīng)活性，能夠與多元醇迅速反應(yīng)，形成高強(qiáng)度的聚氨酯硬段，使彈性體具有較高的拉伸強(qiáng)度和硬度。IPDI則具有較低的揮發(fā)性和較好的耐黃變性，制備的聚氨酯彈性體具有良好的耐候性和光學(xué)性能，適用于對(duì)顏色穩(wěn)定性和外觀要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。在一些戶外應(yīng)用的聚氨酯彈性體中，常選用IPDI作為硬段原料，以確保彈性體在長期光照和惡劣環(huán)境下仍能保持良好的性能。擴(kuò)鏈劑的選擇對(duì)聚氨酯彈性體的性能同樣有著重要影響。常用的擴(kuò)鏈劑包括1,4-丁二醇（BDO）和乙二胺等。BDO是一種常用的醇類擴(kuò)鏈劑，它能夠與二異氰酸酯和多元醇反應(yīng)，使分子鏈得以延伸，提高聚氨酯彈性體的分子量和力學(xué)性能。乙二胺作為胺類擴(kuò)鏈劑，與二異氰酸酯反應(yīng)生成的脲鍵極性比氨酯鍵強(qiáng)，能夠賦予聚氨酯彈性體更高的機(jī)械強(qiáng)度、模量和黏附性，同時(shí)還能改善其低溫性能。在一些對(duì)強(qiáng)度和黏附性要求較高的聚氨酯膠粘劑中，常選用乙二胺作為擴(kuò)鏈劑。在制備過程中，首先將軟段（如PTMEG）和硬段（如MDI）按照一定比例加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至80℃，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，使軟段和硬段充分反應(yīng)，形成聚氨酯預(yù)聚體。然后加入擴(kuò)鏈劑（如BDO），控制擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚體的摩爾比為1:1.1，在90℃下繼續(xù)攪拌反應(yīng)3小時(shí)，使擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚體發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)，形成具有一定分子量的聚氨酯分子鏈。為了引入金屬配位鍵和氫鍵，將含有能與金屬離子配位的官能團(tuán)（如吡啶-2,6-二甲酰胺）的化合物加入到聚氨酯分子鏈中。通過特定的化學(xué)反應(yīng)，使該化合物與聚氨酯分子鏈連接。將含有金屬離子（如Fe3?）的溶液緩慢滴加到反應(yīng)體系中，控制金屬離子與配位官能團(tuán)的摩爾比為1:2，在室溫下攪拌反應(yīng)4小時(shí)，使金屬離子與配位官能團(tuán)形成穩(wěn)定的金屬配位鍵。聚氨酯分子鏈中的氨基甲酸酯基團(tuán)之間會(huì)形成氫鍵，進(jìn)一步增強(qiáng)分子間的相互作用，形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)。在整個(gè)制備過程中，各原料的比例、反應(yīng)溫度和時(shí)間等因素都需要精確控制。原料比例的變化會(huì)影響聚氨酯彈性體的軟硬段比例，從而影響其力學(xué)性能和自修復(fù)性能。反應(yīng)溫度和時(shí)間的不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不完全或過度反應(yīng)，影響彈性體的結(jié)構(gòu)和性能。在實(shí)際制備過程中，需要通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化這些參數(shù)，以獲得性能優(yōu)異的基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚氨酯彈性體。四、自修復(fù)彈性體的性能與表征4.1力學(xué)性能4.1.1拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率金屬配位鍵和氫鍵對(duì)自修復(fù)彈性體的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率有著顯著的影響。在基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體中，金屬配位鍵的存在增強(qiáng)了彈性體的拉伸強(qiáng)度。由于金屬配位鍵具有較高的鍵能，它能夠有效地限制聚合物鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使彈性體在承受外力時(shí)，分子鏈不易發(fā)生滑移和斷裂，從而提高了彈性體的拉伸強(qiáng)度。在一些研究中，制備了基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體，通過改變金屬離子（如Fe3?、Cu2?、Zn2?）與配體的比例，研究其對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著金屬離子與配體比例的增加，金屬配位鍵的密度增大，彈性體的拉伸強(qiáng)度逐漸提高。當(dāng)Fe3?與配體的摩爾比從1:4增加到1:2時(shí)，彈性體的拉伸強(qiáng)度從2.5MPa提升至4.0MPa，這充分說明了金屬配位鍵對(duì)拉伸強(qiáng)度的增強(qiáng)作用。氫鍵雖然鍵能相對(duì)較低，但它在提高彈性體的斷裂伸長率方面發(fā)揮著重要作用。氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆性使得聚合物分子鏈在受到外力拉伸時(shí)，能夠通過氫鍵的斷裂和重新形成來適應(yīng)形變，從而使彈性體表現(xiàn)出良好的柔韌性和較大的斷裂伸長率。在一些基于氫鍵的自修復(fù)彈性體中，聚合物分子鏈之間通過氫鍵相互作用形成了一種類似網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在受力時(shí)能夠發(fā)生變形，而不會(huì)輕易斷裂。在以聚酰胺為基體的自修復(fù)彈性體中，酰胺基團(tuán)之間形成的氫鍵賦予了彈性體良好的柔韌性，其斷裂伸長率可以達(dá)到500%以上。在雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體中，金屬配位鍵和氫鍵之間存在著協(xié)同作用，共同影響著彈性體的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。當(dāng)彈性體受到外力作用時(shí)，金屬配位鍵首先承受較大的應(yīng)力，防止彈性體發(fā)生快速斷裂；而氫鍵則在較小的應(yīng)力下發(fā)生斷裂，吸收和耗散能量，同時(shí)使聚合物分子鏈能夠相對(duì)滑動(dòng)，進(jìn)一步提高彈性體的韌性和斷裂伸長率。當(dāng)外力去除后，金屬配位鍵和氫鍵又能夠重新形成，使彈性體恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這種協(xié)同作用使得自修復(fù)彈性體在具有較高拉伸強(qiáng)度的同時(shí)，還能保持良好的柔韌性和較大的斷裂伸長率。在一些基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚氨酯彈性體中，通過調(diào)節(jié)金屬配位鍵和氫鍵的密度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的有效調(diào)控。當(dāng)金屬配位鍵和氫鍵的密度適中時(shí)，彈性體的拉伸強(qiáng)度可達(dá)30MPa以上，斷裂伸長率也能達(dá)到800%左右，展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。4.1.2韌性與抗疲勞性能雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)自修復(fù)彈性體的韌性和抗疲勞性能的提升具有重要作用。韌性是材料在斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性變形的能力，抗疲勞性能則是材料在交變載荷作用下抵抗疲勞破壞的能力。在基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體中，金屬配位鍵和氫鍵的協(xié)同作用使得彈性體在承受外力時(shí)，能夠通過多種方式耗散能量，從而提高了韌性和抗疲勞性能。當(dāng)彈性體受到外力作用時(shí)，金屬配位鍵會(huì)在一定程度上發(fā)生解離，以耗散能量，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。氫鍵也會(huì)發(fā)生斷裂，吸收能量，同時(shí)使聚合物分子鏈能夠相對(duì)滑動(dòng)，進(jìn)一步耗散能量。這種多重能量耗散機(jī)制使得彈性體在受到外力沖擊時(shí)，能夠有效地吸收能量，避免因能量集中而導(dǎo)致的斷裂，從而提高了韌性。在一些研究中，通過動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）測(cè)試了基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體的韌性。結(jié)果表明，與單一交聯(lián)的彈性體相比，雙重交聯(lián)的彈性體具有更高的損耗因子，這意味著其在變形過程中能夠消耗更多的能量，具有更好的韌性。在對(duì)一種基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體的研究中，其韌性比僅通過共價(jià)鍵交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體提高了30%以上。在交變載荷作用下，雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠有效地分散應(yīng)力，減少應(yīng)力集中，從而提高彈性體的抗疲勞性能。金屬配位鍵和氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆性使得彈性體在經(jīng)歷多次加載和卸載循環(huán)后，能夠不斷地調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)，修復(fù)因疲勞而產(chǎn)生的微裂紋，保持材料的完整性。通過疲勞試驗(yàn)，對(duì)雙重交聯(lián)自修復(fù)彈性體和傳統(tǒng)彈性體的抗疲勞性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示，傳統(tǒng)彈性體在經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)加載后，很快出現(xiàn)裂紋并最終斷裂；而雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體在相同的加載條件下，能夠承受更多的循環(huán)次數(shù)，其疲勞壽命顯著延長。在對(duì)一種基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚氨酯彈性體的疲勞試驗(yàn)中，該彈性體在10萬次循環(huán)加載后，仍未出現(xiàn)明顯的裂紋和性能下降，而傳統(tǒng)聚氨酯彈性體在5萬次循環(huán)加載后就出現(xiàn)了明顯的裂紋和力學(xué)性能衰退。與其他材料相比，基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體在韌性和抗疲勞性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的橡膠材料相比，雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體不僅具有更好的柔韌性和彈性，還具有更高的強(qiáng)度和抗疲勞性能。傳統(tǒng)橡膠材料在長期使用過程中，容易因疲勞而出現(xiàn)老化、龜裂等問題，影響其使用壽命；而雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體能夠通過自修復(fù)機(jī)制，及時(shí)修復(fù)疲勞損傷，延長使用壽命。與一些高強(qiáng)度但脆性較大的材料相比，雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有良好的韌性，能夠在承受較大外力的情況下，避免發(fā)生脆性斷裂。在航空航天領(lǐng)域，需要材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗疲勞性能，基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體在這方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，有望成為航空航天結(jié)構(gòu)材料的理想選擇。4.2自修復(fù)性能4.2.1自修復(fù)機(jī)理自修復(fù)彈性體的自修復(fù)過程是一個(gè)復(fù)雜而精妙的過程，其核心在于金屬配位鍵和氫鍵的可逆重構(gòu)。當(dāng)自修復(fù)彈性體受到外力作用而產(chǎn)生損傷時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致金屬配位鍵和氫鍵發(fā)生斷裂。金屬配位鍵由于其較高的鍵能，在承受較大應(yīng)力時(shí)才會(huì)發(fā)生解離，而氫鍵則在較小的應(yīng)力下就能夠迅速斷裂。這種鍵的斷裂過程是一個(gè)能量耗散的過程，通過鍵的斷裂吸收了外界施加的能量，有效地阻止了裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，從而保護(hù)了彈性體的整體結(jié)構(gòu)。在裂紋擴(kuò)展被阻止后，自修復(fù)過程便進(jìn)入了重構(gòu)階段。在合適的條件下，斷裂的金屬配位鍵和氫鍵開始重新形成。對(duì)于金屬配位鍵，解離的金屬離子和配體在分子熱運(yùn)動(dòng)的作用下，有機(jī)會(huì)重新靠近并發(fā)生配位反應(yīng)，恢復(fù)金屬配位鍵。當(dāng)含有羧基的聚合物與金屬離子形成的金屬配位鍵在損傷時(shí)解離后，隨著體系的穩(wěn)定，金屬離子會(huì)與周圍的羧基重新配位，形成新的金屬配位鍵。氫鍵的重新形成則相對(duì)較為容易，由于氫鍵的形成不需要復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，只需要分子間的相對(duì)位置合適，氫原子與電負(fù)性較大的原子之間就能夠迅速形成氫鍵。在聚合物分子鏈中，斷裂的氫鍵兩端的基團(tuán)在分子熱運(yùn)動(dòng)的作用下相互靠近，當(dāng)距離滿足氫鍵形成的條件時(shí)，氫鍵就會(huì)重新形成。這種金屬配位鍵和氫鍵的可逆重構(gòu)過程并非孤立進(jìn)行，而是相互協(xié)同作用的。金屬配位鍵提供了彈性體的主要結(jié)構(gòu)支撐，其重新形成能夠恢復(fù)彈性體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；氫鍵則以其快速的動(dòng)態(tài)可逆性，在損傷發(fā)生時(shí)迅速響應(yīng)，通過斷裂和重新形成來耗散能量和促進(jìn)裂紋的愈合。在一些基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚氨酯彈性體中，當(dāng)彈性體受到劃傷時(shí)，裂紋處的金屬配位鍵和氫鍵同時(shí)發(fā)生斷裂，阻止裂紋擴(kuò)展。隨著時(shí)間的推移，金屬配位鍵逐漸重新形成，恢復(fù)了彈性體的部分強(qiáng)度，而氫鍵則快速地重新形成，填補(bǔ)了裂紋間隙，使彈性體的表面得以修復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)了彈性體的自修復(fù)。自修復(fù)過程還受到多種因素的影響，如溫度、濕度、壓力等環(huán)境因素。溫度對(duì)自修復(fù)過程有著顯著的影響，適當(dāng)?shù)臏囟饶軌蛱岣叻肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)速率，促進(jìn)金屬配位鍵和氫鍵的重新形成，從而加快自修復(fù)的速度。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，自修復(fù)彈性體的自修復(fù)效率會(huì)提高。濕度和壓力也會(huì)影響自修復(fù)過程，濕度可能會(huì)影響氫鍵的形成和穩(wěn)定性，壓力則可能會(huì)影響分子間的相互作用和擴(kuò)散速率，進(jìn)而影響自修復(fù)性能。4.2.2自修復(fù)效率與修復(fù)時(shí)間自修復(fù)效率和修復(fù)時(shí)間是衡量自修復(fù)彈性體性能的重要指標(biāo)，它們受到多種因素的顯著影響。不同的修復(fù)條件對(duì)自修復(fù)彈性體的自修復(fù)效率和修復(fù)時(shí)間有著不同的作用。溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)，溫度升高能夠顯著提高自修復(fù)效率，縮短修復(fù)時(shí)間。在一些研究中，對(duì)基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體進(jìn)行自修復(fù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)溫度從25℃升高到50℃時(shí)，彈性體的自修復(fù)效率從60%提高到85%，修復(fù)時(shí)間從24小時(shí)縮短到12小時(shí)。這是因?yàn)闇囟壬撸肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)加劇，使得金屬離子與配體之間的配位反應(yīng)速率加快，氫鍵的重新形成也更加迅速，從而促進(jìn)了自修復(fù)過程。濕度也會(huì)對(duì)自修復(fù)性能產(chǎn)生影響。在高濕度環(huán)境下，水分子可能會(huì)參與到自修復(fù)過程中，與彈性體分子發(fā)生相互作用。水分子可能會(huì)與氫鍵供體或受體競(jìng)爭(zhēng)氫原子，影響氫鍵的形成和穩(wěn)定性，從而影響自修復(fù)效率和修復(fù)時(shí)間。在一些含有親水性基團(tuán)的自修復(fù)彈性體中，高濕度環(huán)境下，水分子與彈性體分子形成的氫鍵可能會(huì)干擾彈性體分子間原本的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致自修復(fù)效率降低，修復(fù)時(shí)間延長。修復(fù)時(shí)間與自修復(fù)效率之間存在著密切的關(guān)系。一般來說，隨著修復(fù)時(shí)間的延長，自修復(fù)效率會(huì)逐漸提高。在自修復(fù)的初期，由于裂紋處的金屬配位鍵和氫鍵斷裂后，分子需要一定的時(shí)間來重新排列和相互作用，因此自修復(fù)效率較低。隨著時(shí)間的推移，更多的金屬配位鍵和氫鍵得以重新形成，彈性體的結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)，自修復(fù)效率也隨之提高。在對(duì)一種基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚氨酯彈性體的自修復(fù)研究中，在室溫下，修復(fù)時(shí)間為1小時(shí)時(shí)，自修復(fù)效率僅為30%；當(dāng)修復(fù)時(shí)間延長到6小時(shí)時(shí)，自修復(fù)效率提高到70%；繼續(xù)延長修復(fù)時(shí)間至24小時(shí)，自修復(fù)效率可達(dá)到90%以上。自修復(fù)效率還受到損傷程度的影響。當(dāng)彈性體受到輕微損傷時(shí)，如表面劃傷或微小裂紋，裂紋處的金屬配位鍵和氫鍵斷裂數(shù)量相對(duì)較少，分子間的相互作用破壞較小，因此在較短的時(shí)間內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)較高的自修復(fù)效率。而當(dāng)彈性體受到嚴(yán)重?fù)p傷，如深度裂紋或斷裂時(shí)，裂紋處的金屬配位鍵和氫鍵大量斷裂，分子間的相互作用被嚴(yán)重破壞，自修復(fù)過程需要更長的時(shí)間和更復(fù)雜的分子重排過程，自修復(fù)效率也會(huì)相應(yīng)降低。在一些實(shí)驗(yàn)中，將自修復(fù)彈性體分別制成表面劃傷和深度斷裂的樣品，在相同的修復(fù)條件下，表面劃傷的樣品在較短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)幾乎完全自修復(fù)，而深度斷裂的樣品即使經(jīng)過長時(shí)間的修復(fù)，自修復(fù)效率也難以達(dá)到較高水平。4.3熱穩(wěn)定性4.3.1熱重分析熱重分析（TGA）是研究自修復(fù)彈性體熱穩(wěn)定性的重要手段，通過TGA實(shí)驗(yàn)，可以獲得自修復(fù)彈性體在不同溫度下的質(zhì)量變化情況，從而深入了解其熱分解過程和熱穩(wěn)定性。在對(duì)基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體進(jìn)行TGA分析時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)多個(gè)失重階段，每個(gè)階段都與不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相互作用的分解相關(guān)。在較低溫度階段，一般在100-200℃左右，可能主要是由于彈性體中殘留的溶劑、水分以及一些低分子量的添加劑的揮發(fā)導(dǎo)致的質(zhì)量損失。在制備自修復(fù)彈性體的過程中，可能會(huì)使用一些有機(jī)溶劑來溶解反應(yīng)物或促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，這些溶劑在TGA測(cè)試過程中會(huì)隨著溫度的升高而逐漸揮發(fā)。材料中可能吸附的水分也會(huì)在這個(gè)溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)。隨著溫度的進(jìn)一步升高，在200-400℃區(qū)間，可能會(huì)觀察到由于氫鍵的斷裂和部分聚合物鏈的降解引起的質(zhì)量損失。氫鍵雖然是一種弱相互作用，但在較高溫度下，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，氫鍵的穩(wěn)定性會(huì)受到影響，逐漸發(fā)生斷裂。一些聚合物鏈上的弱鍵或不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)也可能在這個(gè)溫度范圍內(nèi)開始降解。在基于聚氨酯的自修復(fù)彈性體中，聚氨酯分子鏈中的氨基甲酸酯鍵在高溫下可能會(huì)發(fā)生分解，導(dǎo)致質(zhì)量損失。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到400℃以上時(shí)，金屬配位鍵開始發(fā)生解離，同時(shí)聚合物鏈的降解加劇，這會(huì)導(dǎo)致明顯的質(zhì)量損失。金屬配位鍵的解離溫度相對(duì)較高，因?yàn)槠滏I能較大，但在高溫下，金屬離子與配體之間的配位作用會(huì)逐漸減弱，最終導(dǎo)致配位鍵的斷裂。在含有Fe3?與羧基配位的自修復(fù)彈性體中，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，F(xiàn)e3?與羧基之間的配位鍵會(huì)解離，金屬離子脫離配體，同時(shí)聚合物鏈也會(huì)進(jìn)一步分解，從而導(dǎo)致質(zhì)量急劇下降。金屬配位鍵和氫鍵對(duì)自修復(fù)彈性體的熱穩(wěn)定性有著顯著的影響。金屬配位鍵由于其較高的鍵能，能夠增強(qiáng)彈性體的熱穩(wěn)定性。在一些研究中，對(duì)比了含有金屬配位鍵和不含有金屬配位鍵的自修復(fù)彈性體的TGA曲線，發(fā)現(xiàn)含有金屬配位鍵的彈性體在高溫下的質(zhì)量損失明顯較慢，起始分解溫度更高。這是因?yàn)榻饘倥湮绘I能夠限制聚合物鏈的熱運(yùn)動(dòng)，使聚合物鏈在高溫下更難發(fā)生降解和斷裂。在基于金屬配位鍵交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體中，金屬配位鍵的存在使得彈性體的起始分解溫度比未交聯(lián)的聚硅氧烷提高了50℃以上。氫鍵雖然鍵能較低，但它在維持彈性體的分子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性方面也發(fā)揮著重要作用。氫鍵的存在可以使聚合物分子鏈之間形成相互作用，增強(qiáng)分子間的凝聚力，從而提高彈性體的熱穩(wěn)定性。在一些基于氫鍵交聯(lián)的自修復(fù)彈性體中，通過調(diào)整氫鍵的密度和強(qiáng)度，可以改變彈性體的熱穩(wěn)定性。增加聚合物鏈上能形成氫鍵的官能團(tuán)的含量，會(huì)使氫鍵的密度增大，彈性體的熱穩(wěn)定性得到提高。在以聚酰胺為基體的自修復(fù)彈性體中，酰胺基團(tuán)之間形成的氫鍵使得彈性體在一定溫度范圍內(nèi)能夠保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度升高到氫鍵開始斷裂的溫度時(shí)，彈性體的質(zhì)量損失才會(huì)明顯增加。4.3.2玻璃化轉(zhuǎn)變溫度玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是高分子材料的一個(gè)重要參數(shù)，它是指無定形聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)時(shí)的溫度。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，聚合物分子鏈的運(yùn)動(dòng)受到極大限制，分子鏈段只能進(jìn)行微小的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，材料表現(xiàn)出類似玻璃的剛性和脆性；而在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，分子鏈段的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，能夠進(jìn)行較大幅度的位移和重排，材料表現(xiàn)出高彈性和柔韌性。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對(duì)自修復(fù)彈性體的性能有著重要影響。在自修復(fù)彈性體中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與彈性體的柔韌性、自修復(fù)性能以及使用溫度范圍密切相關(guān)。當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，自修復(fù)彈性體處于玻璃態(tài)，分子鏈段的運(yùn)動(dòng)受到限制，此時(shí)彈性體的柔韌性較差，自修復(fù)性能也難以充分發(fā)揮。因?yàn)樵诓ＡB(tài)下，分子鏈段的活動(dòng)性低，金屬配位鍵和氫鍵的可逆重構(gòu)過程受到阻礙，裂紋處的分子鏈難以重新排列和相互作用，從而影響自修復(fù)效率。在低溫環(huán)境下，一些基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體可能會(huì)變得硬脆，一旦受到損傷，很難實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，自修復(fù)彈性體處于高彈態(tài)，分子鏈段的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，這有利于自修復(fù)過程的進(jìn)行。在高彈態(tài)下，分子鏈能夠相對(duì)自由地移動(dòng)，金屬離子與配體之間的配位反應(yīng)以及氫鍵的形成和斷裂更加容易發(fā)生。當(dāng)彈性體受到損傷時(shí)，裂紋處的金屬配位鍵和氫鍵能夠迅速斷裂，吸收能量，阻止裂紋擴(kuò)展；在適當(dāng)?shù)臈l件下，斷裂的金屬配位鍵和氫鍵又能夠快速重新形成，實(shí)現(xiàn)彈性體的自修復(fù)。在室溫下，一些自修復(fù)彈性體處于高彈態(tài)，能夠快速地修復(fù)表面的劃傷和微小裂紋。金屬配位鍵和氫鍵在影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度方面發(fā)揮著重要作用。金屬配位鍵的引入通常會(huì)提高自修復(fù)彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。由于金屬配位鍵具有較高的鍵能，它能夠限制聚合物鏈的運(yùn)動(dòng)，使分子鏈段更加難以活動(dòng)，從而提高了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在一些基于金屬配位鍵交聯(lián)的聚氨酯彈性體中，隨著金屬配位鍵密度的增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高。當(dāng)金屬離子與配體的摩爾比增加時(shí)，金屬配位鍵的數(shù)量增多，對(duì)聚合物鏈的束縛作用增強(qiáng)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可從原來的-20℃升高到0℃以上。氫鍵對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響較為復(fù)雜。一方面，氫鍵的存在增加了分子間的相互作用，使分子鏈之間的結(jié)合更加緊密，這在一定程度上限制了分子鏈段的運(yùn)動(dòng)，從而有可能提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在含有大量氫鍵的聚酰胺自修復(fù)彈性體中，氫鍵的作用使得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較高。另一方面，如果氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆性較強(qiáng)，在溫度升高時(shí)，氫鍵能夠較容易地發(fā)生斷裂和重新形成，這又可能會(huì)降低分子鏈之間的相互作用，使分子鏈段的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，從而降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在一些基于氫鍵交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體中，由于氫鍵的動(dòng)態(tài)性較好，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較低，有利于彈性體在較低溫度下保持良好的柔韌性和自修復(fù)性能。4.4微觀結(jié)構(gòu)表征4.4.1掃描電子顯微鏡（SEM）掃描電子顯微鏡（SEM）是研究自修復(fù)彈性體微觀結(jié)構(gòu)的重要工具，通過SEM觀察，能夠直觀地了解雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)和分布情況，為深入理解自修復(fù)彈性體的性能提供微觀層面的依據(jù)。在對(duì)基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體進(jìn)行SEM觀察時(shí)，首先對(duì)樣品進(jìn)行處理，通常采用冷凍斷裂的方法，將彈性體樣品在液氮中迅速冷凍后，進(jìn)行脆斷，以暴露出其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。然后對(duì)斷裂面進(jìn)行噴金處理，以增加樣品表面的導(dǎo)電性，避免在電子束照射下產(chǎn)生電荷積累，影響觀察效果。通過SEM圖像，可以清晰地觀察到自修復(fù)彈性體中存在著兩種不同尺度的結(jié)構(gòu)特征。在較大尺度上，能夠看到金屬配位鍵形成的交聯(lián)點(diǎn)，這些交聯(lián)點(diǎn)在彈性體中呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，它們將聚合物鏈連接在一起，形成了一個(gè)相對(duì)剛性的網(wǎng)絡(luò)骨架。在一些基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的聚硅氧烷彈性體中，金屬離子（如Fe3?）與聚硅氧烷分子鏈上的羧基形成的金屬配位交聯(lián)點(diǎn)，在SEM圖像中表現(xiàn)為一些聚集的亮點(diǎn)，這些亮點(diǎn)相互連接，形成了一個(gè)類似網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)。在較小尺度上，能夠觀察到氫鍵網(wǎng)絡(luò)的存在。由于氫鍵是一種分子間的弱相互作用，其在SEM圖像中并不會(huì)像金屬配位鍵那樣形成明顯的交聯(lián)點(diǎn)，但可以通過聚合物鏈的聚集形態(tài)和分布情況來間接推斷氫鍵網(wǎng)絡(luò)的存在。在一些基于氫鍵交聯(lián)的聚氨酯彈性體中，通過SEM觀察可以發(fā)現(xiàn)，聚氨酯分子鏈之間存在著緊密的相互纏繞和聚集現(xiàn)象，這是氫鍵作用的結(jié)果。這些相互纏繞的分子鏈形成了一種類似柔性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，填充在金屬配位鍵形成的剛性網(wǎng)絡(luò)骨架之間。雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在SEM圖像中呈現(xiàn)出一種相互交織的狀態(tài)。金屬配位鍵形成的剛性網(wǎng)絡(luò)為彈性體提供了力學(xué)支撐，而氫鍵網(wǎng)絡(luò)則賦予了彈性體柔韌性和自修復(fù)性能。這種相互交織的雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得自修復(fù)彈性體在具有較高力學(xué)性能的同時(shí)，還能保持良好的柔韌性和自修復(fù)能力。在一些研究中，通過對(duì)不同制備條件下的自修復(fù)彈性體進(jìn)行SEM觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬配位鍵和氫鍵的密度和分布適當(dāng)時(shí)，雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加均勻和穩(wěn)定，彈性體的性能也更加優(yōu)異。4.4.2傅里葉變換紅外光譜（FTIR）傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是一種用于分析分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的重要技術(shù)，在自修復(fù)彈性體的研究中，通過FTIR分析可以有效地驗(yàn)證金屬配位鍵和氫鍵的存在，并研究它們?cè)谧孕迯?fù)過程中的變化情況。在對(duì)基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體進(jìn)行FTIR分析時(shí)，首先采集自修復(fù)彈性體的FTIR光譜。在光譜中，不同的化學(xué)鍵和官能團(tuán)會(huì)在特定的波數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收峰，通過對(duì)這些吸收峰的分析，可以確定金屬配位鍵和氫鍵的存在。對(duì)于金屬配位鍵，以金屬離子與羧基形成的配位鍵為例，在FTIR光譜中，未配位的羧基在1710-1730cm?1處有較強(qiáng)的羰基伸縮振動(dòng)吸收峰，而當(dāng)羧基與金屬離子配位后，羰基伸縮振動(dòng)吸收峰會(huì)發(fā)生位移，通常會(huì)向低波數(shù)方向移動(dòng)，如移動(dòng)到1680-1700cm?1范圍內(nèi)。這是因?yàn)榻饘匐x子與羧基配位后，電子云分布發(fā)生變化，導(dǎo)致羰基的鍵力常數(shù)改變，從而使吸收峰位移。在一些含有Fe3?與羧基配位的自修復(fù)彈性體中，通過FTIR光譜可以清晰地觀察到羰基吸收峰的這種位移現(xiàn)象，從而證實(shí)金屬配位鍵的形成。對(duì)于氫鍵，在FTIR光譜中，氫鍵的形成會(huì)使相關(guān)官能團(tuán)的吸收峰發(fā)生變化。以聚氨酯分子鏈中的氨基甲酸酯基團(tuán)形成的氫鍵為例，未形成氫鍵的氨基甲酸酯基團(tuán)的N-H伸縮振動(dòng)吸收峰通常在3300-3500cm?1范圍內(nèi)，而當(dāng)形成氫鍵后，N-H伸縮振動(dòng)吸收峰會(huì)向低波數(shù)方向移動(dòng)，一般會(huì)移動(dòng)到3200-3300cm?1范圍內(nèi)，同時(shí)吸收峰的強(qiáng)度和寬度也會(huì)發(fā)生變化，通常會(huì)變得更寬更強(qiáng)。這是因?yàn)闅滏I的形成使N-H鍵的電子云密度發(fā)生變化，導(dǎo)致其振動(dòng)頻率改變。在一些基于氫鍵交聯(lián)的聚氨酯自修復(fù)彈性體中，通過FTIR光譜可以觀察到N-H伸縮振動(dòng)吸收峰的這些變化，從而證明氫鍵的存在。在自修復(fù)過程中，金屬配位鍵和氫鍵會(huì)發(fā)生斷裂和重新形成，F(xiàn)TIR光譜也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。當(dāng)彈性體受到損傷時(shí)，金屬配位鍵和氫鍵會(huì)部分?jǐn)嗔?，在FTIR光譜中，與金屬配位鍵和氫鍵相關(guān)的吸收峰的強(qiáng)度會(huì)減弱。在彈性體的自修復(fù)過程中，隨著時(shí)間的推移，金屬配位鍵和氫鍵逐漸重新形成，F(xiàn)TIR光譜中相關(guān)吸收峰的強(qiáng)度會(huì)逐漸恢復(fù)。通過對(duì)自修復(fù)過程中不同時(shí)間點(diǎn)的FTIR光譜進(jìn)行對(duì)比分析，可以研究金屬配位鍵和氫鍵的重構(gòu)過程，深入了解自修復(fù)彈性體的自修復(fù)機(jī)制。五、自修復(fù)彈性體的應(yīng)用領(lǐng)域5.1柔性電子器件5.1.1柔性電極在柔性電子器件領(lǐng)域，柔性電極是關(guān)鍵組成部分，而自修復(fù)彈性體在其中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。以可穿戴設(shè)備中的柔性電極為例，可穿戴設(shè)備需要與人體緊密貼合，并在日常活動(dòng)中承受各種拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等外力作用，這對(duì)柔性電極的穩(wěn)定性和耐久性提出了很高的要求。基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體，因其良好的柔韌性和自修復(fù)性能，成為柔性電極的理想材料。在實(shí)際應(yīng)用中，將自修復(fù)彈性體與導(dǎo)電材料（如銀納米線、碳納米管等）復(fù)合，制備出具有自修復(fù)功能的柔性導(dǎo)電電極。當(dāng)電極在使用過程中受到外力損傷，如出現(xiàn)裂紋或斷裂時(shí)，自修復(fù)彈性體中的金屬配位鍵和氫鍵會(huì)發(fā)生可逆重構(gòu)，使裂紋處的分子鏈重新連接，從而恢復(fù)電極的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)完整性。在一些智能手環(huán)的柔性電極中，采用了基于自修復(fù)彈性體的材料，即使在長時(shí)間的佩戴和頻繁的彎折后，電極依然能夠保持良好的導(dǎo)電性，準(zhǔn)確地采集人體的生理信號(hào)，如心率、血壓等。自修復(fù)彈性體對(duì)提高柔性電極的使用壽命和穩(wěn)定性有著重要作用。傳統(tǒng)的柔性電極在長期使用過程中，一旦受到損傷，其性能會(huì)急劇下降，甚至完全失效，這不僅影響了設(shè)備的正常使用，還增加了更換電極的成本和麻煩。而自修復(fù)彈性體的引入，使得柔性電極能夠在損傷后自動(dòng)修復(fù)，大大延長了電極的使用壽命。自修復(fù)彈性體還能夠提高電極的穩(wěn)定性，減少因外力作用導(dǎo)致的性能波動(dòng)。在一些可穿戴的醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備中，穩(wěn)定的柔性電極對(duì)于準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)人體生理參數(shù)至關(guān)重要，自修復(fù)彈性體柔性電極能夠確保在各種復(fù)雜的使用環(huán)境下，都能穩(wěn)定地工作，為醫(yī)療診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支持。5.1.2可穿戴傳感器可穿戴傳感器在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)和生理信號(hào)方面發(fā)揮著重要作用，而自修復(fù)彈性體的應(yīng)用為可穿戴傳感器帶來了諸多優(yōu)勢(shì)。在監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可穿戴傳感器需要能夠適應(yīng)人體的各種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，如彎曲、伸展、扭轉(zhuǎn)等，同時(shí)還要具備良好的耐久性，以應(yīng)對(duì)日常使用中的各種外力沖擊。自修復(fù)彈性體具有優(yōu)異的柔韌性和拉伸性能，能夠與人體皮膚緊密貼合，并且在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能保持良好的性能。在一些智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)中，采用了基于自修復(fù)彈性體的可穿戴傳感器，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)人體的運(yùn)動(dòng)步數(shù)、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)。即使在運(yùn)動(dòng)過程中傳感器受到一定程度的拉伸或扭曲，自修復(fù)彈性體的自修復(fù)性能也能夠確保傳感器迅速恢復(fù)原狀，繼續(xù)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)人體生理信號(hào)方面，自修復(fù)彈性體同樣具有重要意義。人體生理信號(hào)如心率、血壓、體溫、心電信號(hào)等的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，對(duì)于健康管理和疾病診斷至關(guān)重要。自修復(fù)彈性體可穿戴傳感器能夠穩(wěn)定地與人體皮膚接觸，避免因傳感器的損傷或脫落而導(dǎo)致的信號(hào)采集不準(zhǔn)確。在一些智能健康監(jiān)測(cè)服裝中，嵌入了基于自修復(fù)彈性體的生理信號(hào)傳感器，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)人體的心率和心電信號(hào)。當(dāng)服裝在穿著過程中受到拉伸或摩擦導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)微小損傷時(shí)，自修復(fù)彈性體能夠迅速修復(fù)損傷，保證傳感器持續(xù)穩(wěn)定地采集生理信號(hào)，為用戶的健康狀況提供及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋。自修復(fù)彈性體還具有良好的生物相容性，這對(duì)于可穿戴傳感器直接接觸人體皮膚至關(guān)重要。它能夠減少對(duì)皮膚的刺激和過敏反應(yīng)，提高用戶的佩戴舒適度。在一些長期佩戴的可穿戴傳感器中，生物相容性好的自修復(fù)彈性體能夠確保用戶在長時(shí)間佩戴過程中不會(huì)出現(xiàn)皮膚不適的情況，從而提高用戶對(duì)可穿戴傳感器的接受度和使用依從性。5.2生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域5.2.1組織工程支架自修復(fù)彈性體在組織工程支架領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。在組織修復(fù)過程中，細(xì)胞的生長和增殖需要一個(gè)適宜的微環(huán)境，而自修復(fù)彈性體作為組織工程支架，能夠?yàn)榧?xì)胞提供良好的支撐和生長環(huán)境。其獨(dú)特的自修復(fù)性能使得支架在受到細(xì)胞生長過程中的機(jī)械應(yīng)力或外部輕微損傷時(shí)，能夠自動(dòng)修復(fù)，保持結(jié)構(gòu)的完整性，從而持續(xù)為細(xì)胞提供穩(wěn)定的生長空間。在骨組織工程中，自修復(fù)彈性體支架可以模擬天然骨組織的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化提供支撐。當(dāng)成骨細(xì)胞在支架上生長并產(chǎn)生代謝活動(dòng)時(shí)，可能會(huì)對(duì)支架產(chǎn)生一定的機(jī)械應(yīng)力，傳統(tǒng)支架在這種情況下可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞，影響細(xì)胞的生長和組織修復(fù)進(jìn)程；而自修復(fù)彈性體支架能夠通過金屬配位鍵和氫鍵的可逆重構(gòu)，及時(shí)修復(fù)損傷，確保成骨細(xì)胞能夠在穩(wěn)定的環(huán)境中生長，促進(jìn)新骨組織的形成。自修復(fù)彈性體對(duì)細(xì)胞的生長和組織修復(fù)有著積極的影響。多項(xiàng)研究表明，自修復(fù)彈性體的生物相容性良好，能夠促進(jìn)細(xì)胞的黏附和增殖。在一些實(shí)驗(yàn)中，將成纖維細(xì)胞接種到基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體支架上，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在支架上能夠迅速黏附，并在短時(shí)間內(nèi)開始增殖。這是因?yàn)樽孕迯?fù)彈性體的表面性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)與細(xì)胞外基質(zhì)具有一定的相似性，能夠?yàn)榧?xì)胞提供良好的錨定位點(diǎn)和生長信號(hào)。自修復(fù)彈性體的柔韌性和可變形性也能夠適應(yīng)細(xì)胞生長過程中的形態(tài)變化，為細(xì)胞的伸展和遷移提供便利。在皮膚組織工程中，自修復(fù)彈性體支架可以隨著皮膚的拉伸和彎曲而變形，不會(huì)對(duì)皮膚細(xì)胞的生長和修復(fù)造成阻礙，有利于皮膚組織的再生和修復(fù)。5.2.2藥物輸送載體自修復(fù)彈性體在藥物輸送載體方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能使其能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的可控釋放，提高藥物的療效。自修復(fù)彈性體可以作為藥物的載體，將藥物包裹在其內(nèi)部。由于金屬配位鍵和氫鍵的存在，彈性體具有一定的穩(wěn)定性，能夠有效地保護(hù)藥物，防止藥物在運(yùn)輸過程中過早釋放或被降解。在一些研究中，將抗癌藥物封裝在基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體中，通過控制彈性體的交聯(lián)密度和藥物與彈性體之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)了藥物的緩慢釋放。這種緩慢釋放的方式能夠使藥物在體內(nèi)保持穩(wěn)定的濃度，延長藥物的作用時(shí)間，提高藥物的治療效果。自修復(fù)彈性體還能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化，如溫度、pH值、酶濃度等，實(shí)現(xiàn)藥物的智能釋放。在腫瘤組織中，由于腫瘤細(xì)胞的代謝活動(dòng)異常，其周圍環(huán)境的pH值通常較低，且含有較高濃度的特定酶。基于自修復(fù)彈性體的藥物輸送載體可以設(shè)計(jì)成對(duì)這些環(huán)境因素敏感的體系。當(dāng)藥物載體到達(dá)腫瘤組織時(shí)，低pH值或高濃度的酶會(huì)觸發(fā)彈性體中金屬配位鍵和氫鍵的變化，導(dǎo)致彈性體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而釋放出藥物。在一些研究中，制備了對(duì)pH值敏感的自修復(fù)彈性體藥物載體，當(dāng)載體所處環(huán)境的pH值從生理環(huán)境的7.4降低到腫瘤組織的酸性環(huán)境（如pH值為6.0左右）時(shí)，彈性體中的氫鍵會(huì)發(fā)生斷裂，藥物被快速釋放出來，實(shí)現(xiàn)了藥物在腫瘤組織中的靶向釋放，提高了藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效果，同時(shí)減少了對(duì)正常組織的副作用。自修復(fù)彈性體作為藥物輸送載體還具有良好的生物相容性，能夠減少對(duì)機(jī)體的免疫反應(yīng)。在體內(nèi)應(yīng)用時(shí)，不會(huì)引起明顯的炎癥反應(yīng)或免疫排斥，確保了藥物輸送過程的安全性和有效性。在一些藥物輸送實(shí)驗(yàn)中，將自修復(fù)彈性體藥物載體注射到動(dòng)物體內(nèi)，經(jīng)過長時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的生理指標(biāo)正常，沒有出現(xiàn)明顯的免疫反應(yīng)，證明了自修復(fù)彈性體作為藥物輸送載體的安全性和可靠性。5.3其他應(yīng)用5.3.1航空航天材料在航空航天領(lǐng)域，飛行器的結(jié)構(gòu)部件和功能材料需要承受極端的力學(xué)和環(huán)境條件，對(duì)材料的可靠性和安全性提出了極高的要求。自修復(fù)彈性體在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。在飛行器的機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)中，由于飛行過程中受到氣流的沖擊、壓力變化以及溫度變化等因素的影響，結(jié)構(gòu)部件容易產(chǎn)生微小裂紋和損傷。這些損傷如果不能及時(shí)修復(fù)，可能會(huì)逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。基于金屬配位鍵和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體，能夠在損傷發(fā)生時(shí)，通過金屬配位鍵和氫鍵的可逆重構(gòu)，自動(dòng)修復(fù)微小裂紋和損傷，保持結(jié)構(gòu)的完整性，從而提高飛行器的可靠性和安全性。在飛行器的密封材料和絕緣材料中，自修復(fù)彈性體也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。密封材料用于防止氣體和液體的泄漏，絕緣材料用于保證電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在惡劣的航空航天環(huán)境下，這些材料容易受到磨損、老化和損傷，導(dǎo)致密封性能和絕緣性能下降。自修復(fù)彈性體能夠在受到損傷后迅速修復(fù)，恢復(fù)其密封和絕緣性能，確保飛行器的正常運(yùn)行。在一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)的密封件中，采用自修復(fù)彈性體材料，能夠有效提高密封件的使用壽命和可靠性，減少因密封失效導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)故障。自修復(fù)彈性體還可以應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的電子設(shè)備中。在飛行器的電子設(shè)備中，如傳感器、電路板等，需要材料具有良好的柔韌性和自修復(fù)性能，以適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境。自修復(fù)彈性體能夠在受到外力沖擊或溫度變化時(shí)，自動(dòng)修復(fù)損傷，保持電子設(shè)備的正常工作。在一些飛行器的傳感器外殼中，采用自修復(fù)彈性體材料，能夠保護(hù)傳感器免受外界環(huán)境的影響，提高傳感器的可靠性和穩(wěn)定性。5.3.2汽車工業(yè)材料在汽車工業(yè)中，自修復(fù)彈性體具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)汽車的性能提升和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在汽車輪胎方面，自修復(fù)彈性體的應(yīng)用可以顯著延長輪胎的使用壽命，提高行車安全性。汽車輪胎在行駛過程中，經(jīng)常會(huì)受到路面的磨損、釘子等尖銳物體的穿刺以及溫度變化的影響，容易出現(xiàn)磨損、漏氣等問題?；诮饘倥湮绘I和氫鍵雙重交聯(lián)的自修復(fù)彈性體，能夠在輪胎受到微小損傷時(shí)，通過金屬配位鍵和氫鍵的可逆重構(gòu)，自動(dòng)修復(fù)損傷，防止漏氣和爆胎的發(fā)生。在一些自修復(fù)輪胎的研究中，將自修復(fù)彈性體與橡膠材料復(fù)合，當(dāng)輪胎被釘子穿刺后，自修復(fù)彈性體能夠迅速填充穿刺孔，阻止氣體泄漏，使輪胎在一定時(shí)間內(nèi)仍能正常使用，為駕駛員提供足夠的時(shí)間更換輪胎或前往維修站點(diǎn)，大大提高了行車的安全性。自修復(fù)彈性體在汽車密封件和減震部件中也有著重要的應(yīng)用。汽車的密封件用于防止液體和氣體的泄漏，減震部件用于減少車輛行駛過程中的震動(dòng)和沖擊。在汽車的長期使用過程中，密封件和減震部件容易受到磨損、老化和疲勞的影響，導(dǎo)致性能下降。自修復(fù)彈性體能夠在受到損傷時(shí)自動(dòng)修復(fù)，保持