红外透过材料由于长期暴露于恶劣的外部环境，很容易受到机械和腐蚀损坏。然而，传统红外透过材料不具备自修复能力，因此限制了其使用寿命。共价适应性网络可逆去交联和交换反应表现出自修复、再加工和回收利用的能力。然而，传统共价适应性网络中，由具有高键能的强动态共价键，如酯键、脲键和氨酯键等组成的材料，难以在温和条件下进行自修复。而具有低键能的弱动态共价键如二硫键组成的材料通常在热驱动自修复时会发生快速蠕变，这将改变红外透过材料器件的精确尺寸，并因此不可避免地影响红外成像的质量。因此，平衡共价适应性网络的动态性能和抗蠕变性能仍然是一个挑战。

近期，西安交通大学张彦峰教授团队在期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Covalent Adaptable Networks with Dual Dynamic Covalent Bonds for Self-Repairing Infrared Transmitting Materials”的文章（DOI: 10.1002/adfm.202315469）。该课题组开发了一种硫辛酸基环氧树脂（TAE）。TAE包含具有不同键能的二硫键和酯键两种态共价键。与加热后发生快速蠕变的传统共价适应性网络相比，得益于稳定的酯键交联点提供网络完整性，TAE能够在温和条件下快速实现自修复并保持其几何稳定性。此外，TAE还展现出高近红外透射率，因此具有在聚合物红外透过材料方面的巨大应用潜力。

图1. 具有双动态共价键的共价适应性网络在不同温度下的动态行为

对比纯环氧树脂和低交联的对照组，TAE在较低温度(80 oC)下展现出快速的划痕自修复，且修复过程中结构的曲率不发生改变。通过应力松弛和蠕变-恢复实验对比结果发现，TAE具有介于两者之间的动态特性，由此协调了共价适应性网络的修复性能和抗蠕变性能之间矛盾。

图2. TAE和对照组的自修复、几何稳定性和流变性能

得益于其高红外透过性、自修复性能以及化学稳定性，用TAE制备的红外窗口在表面受到磨损后，通过简单的热处理，即可实现表面修复并恢复其成像效果。

图3. TAE的近红外透过性及其作为自修复红外防护窗的应用

由于TAE网络中双重动态共价键的存在，可通过热压的简单工艺实现TAE的大尺度自愈合以及粉末到块体材料的多次重塑，自愈合以及重塑后的TAE材料具有可与初代媲美的机械性能，有利于材料的可持续利用。

图4. TAE的自愈合以及重塑性能

西安交通大学化学学院助理教授崔晨晖与西安交通大学口腔医院王方博士为该论文的共同第一作者，西安交通大学化学学院张彦峰教授为通讯作者。该工作得到国家重点研发计划(2019YFA0706801)、国家自然科学基金(NSFC 52173079)、中央高校基本科研业务费项目(xtr052023001, xzy012023037)、陕西省自然科学基础研究计划陕煤联合基金项目(2021JLM-40)等项目的资助。同时感谢西安交通大学分析测试共享中心在结构表征方面的帮助，感谢西安交通大学电信学部廖慧敏在测试方面的支持。

参考文献：
C. Cui, F. Wang, X. Chen, T. Xu, Z. Li, K. Chen, Y. Guo, Y. Cheng, Z. Ge, Y. Zhang, Covalent Adaptable Networks with Dual Dynamic Covalent Bonds for Self-Repairing Infrared Transmitting Materials. Adv. Funct. Mater. 2024, 2315469.

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315469

来源：高分子科学前沿

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