MRC北化专刊:分子动力学模拟研究超分子聚合物纳米复合材料自修复的时间-温度等效性

超分子聚合物纳米复合材料是由分子链间的物理吸附作用(如氢键、金属配位键及π-π键等)自组装而成的一类高分子材料。因其分子链结构具有可设计性,材料具有良好的自修复性能而受到广泛关注,然而,关于复合材料的自修复机理却鲜有报道。

借助于分子动力学模拟模型构建便利、参数设置可控以及可视化等优点,北京化工大学张立群教授和刘军教授系统研究了由接枝纳米颗粒构建的超分子聚合物纳米复合材料在不同温度、不同修复时间下的自修复效率及断裂力学性能。研究结果表明,自修复程度具有明显的温度和时间依耐性,即在材料的可承受范围之内,提高修复温度或者延长修复时间可以明显提高材料的自修复程度。利用分子模拟可以大规模计算的优势,研究者收集了大量不同修复时间和修复温度下的修复程度数据。进一步得出修复温度和修复时间具有很好的关联性,即自修复时间和自修复温度存在等效关系,并进一步提出了一个定量的等效模型,类似于高分子物理的WLF方程。该研究成果为设计具有高效自修复性能的聚合物纳米复合材料提供了指导,也为研究材料自修复的分子机制提供了一种新的研究思路与方法。

相关结果发表在Macromolecular Rapid Communications(DOI: 10.1002/marc.201800382)上,文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/marc.201800382