Những tiến bộ mới về vật liệu Polyurethane để sửa chữa cực nhanh

Sự phát triển của vật liệu polymer có khả năng tự phục hồi, để các vật liệu bị hư hỏng có thể tự phục hồi và tái tạo một cách hiệu quả, là một trong những biện pháp giảm bớt "ô nhiễm trắng". Tuy nhiên, rất khó để nhận ra khả năng tự sửa chữa của polyme thủy tinh ở nhiệt độ phòng do mật độ phân tử xếp chồng cao và mạng lưới chuyển động chuỗi phân tử bị đóng băng. Mặc dù những đột phá đã được thực hiện trong vật liệu polymer thủy tinh tự phục hồi trong những năm gần đây, nhưng tính chất cơ học thấp, phương pháp sửa chữa phức tạp và thời gian sửa chữa dài khiến nó khó áp dụng vào thực tế. Do đó, việc phát triển vật liệu polymer hiệu suất cao có khả năng sửa chữa nhanh chóng ở trạng thái thủy tinh chắc chắn là một thách thức lớn.

Gần đây, nhóm của Giáo sư Jinrong Wu tại trường đã báo cáo một loại polyurethane siêu phân nhánh thủy tinh (UGPU) có thể được sửa chữa nhanh chóng ở nhiệt độ phòng. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã thu được vật liệu polyurethane với chuỗi dị hợp không vòng và cấu trúc siêu phân nhánh bằng cách phản ứng với phương pháp monome kết hợp. Cấu trúc phân tử độc đáo này kết hợp khả năng chuyển động phân tử cao của các polyme siêu phân nhánh với nhiều liên kết hydro của polyurethan để tạo thành mạng liên kết hydro mật độ cao dựa trên liên kết urê, liên kết urethane và các nhóm hydroxyl cuối phân nhánh.UGPU có độ bền kéo lên đến 70 MPa, mô đun lưu trữ 2,5 GPa và nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh cao hơn nhiều so với nhiệt độ phòng (53oC), khiến UGPU trở thành một loại nhựa thủy tinh trong suốt cứng.

UGPU có khả năng tự phục hồi tuyệt vời và nó có thể tự phục hồi dưới áp lực. Đồng thời, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lượng nước cực nhỏ được áp dụng cho phần UGPU đã đẩy nhanh đáng kể tốc độ sửa chữa. Đó là kỷ lục mọi thời đại về vật liệu tự phục hồi. Hơn nữa, mẫu được sửa chữa có thể chịu được thử nghiệm từ biến 10 MPa, đủ để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng sửa chữa nhanh chóng và tiếp tục sử dụng sau khi các bộ phận kết cấu bị hư hỏng.