西北工业大学朱光明AS：高强高韧自修复聚脲材料的最新研究进展

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论文信息

研究背景

近年来，聚脲材料因其优异的理化性能和结构可设计性而成为高分子领域的研究热点，特别是在柔性电子器件、工程防护涂层等领域展现出了广阔的应用前景。在实际服役过程中，材料难免会遭受机械损伤，导致其性能劣化并引发安全隐患。因此，增强聚脲材料的机械稳健性，特别是强度和韧性这两项核心指标，是确保其服役稳定性的关键所在。与此同时，基于动态化学的自修复机制为解决这一工程难题提供了新的思路。尽管如此，将高强度、高韧性与卓越的自修复功能同时整合到聚脲材料中，仍是一项极具挑战性的任务，因为这些性能的实现依赖于截然不同的分子作用机制。要破解这一难题，关键在于探索并发展出创新的分子工程设计策略。

论文介绍

为了因应防护工程和某些特种设施设备的需求，西北工业大学化学与化工学院朱光明教授团队近年来系统性地研究了聚脲材料结构与性能之间关系（Journal of Applied Polymer Science, 139(41), e52992；Industrial and Engineering Chemistry Research, 62(27), 10444-10453；63(44), 19350-19358；Journal of Polymer Science, 63(7), 1546–1555），并在此基础上对高强高韧自修复聚脲的最新研究进展进行了评述，着重介绍了为实现综合性能最优化而采用的多种分子工程策略，包括硬域增强、动态共价交联、模块化域构建、纳米粒子增强等策略。此外，文中还归纳了这些高性能自修复聚脲在多个关键领域的潜在应用，并指出了当前研究所面临的机遇与挑战。该工作以“The Latest Advances in Mechanically Robust Self-Healing Polyurea Based on Dynamic Chemistry”为题发表在《Advanced Science》上（Adv.Sci.2025,2414788）。文章第一作者是西北工业大学郝瑜佳博士。

图1 高性能自修复聚脲的分子工程策略及潜在应用

作者们首先介绍了聚脲的化学合成路径及其独特的结构特征，从分子设计的角度分析了诸多因素对聚脲性能表现的影响，系统总结了异氰酸酯、扩链剂、软链段等原料的选择在构建聚脲结构-性能关系中的关键作用。随后，本文重点对高强高韧的自修复聚脲材料的最新研究进展进行论述，归纳并提炼了一系列前沿的分子工程策略，诸如多层次非共价交联、硬域强化、相锁定机制、应变诱导结晶机制、动态共价交联以及基于模块化域的仿生设计等创新方法。此外，本文亦展望了这类先进材料在传感技术、防护装备以及材料回收等领域的广阔应用前景。最后，作者们也指出了当前在开发机械稳健性自修复聚脲材料过程中遭遇的若干挑战，包括大规模的技术难题、溶剂合成带来的污染性，以及自修复过程依赖高能量输入的不便之处。展望，研究应当致力于：探索更加环保且高效的合成路径；设计兼具卓越综合力学性能与室温自修复特性的聚脲新材料；融合形状记忆等先进技术以辅助裂纹的自我修复过程；并借助更尖端的技术表征工具和计算模拟方法，深入分子层面的事件分析，以期揭示高性能聚合物结构与性能之间的深层联系，从而实现对材料性能的精准预测与优化。

期刊简介

Advanced Science 是Wiley旗下创刊于2014年的优质开源期刊，发表材料科学、物理化学、生物医药、工程等各领域的创新成果与前沿进展。期刊为致力于最大程度地向公众传播科研成果，所有文章均可免费获取。被Medline收录，PubMed可查。最新影响因子为17.521，中科院2021年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。

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