聚氨酯(PU)作为应用广泛的高分子材料,虽具有优异的耐磨性和耐腐蚀性,但其高度易燃性和燃烧时的剧烈熔滴行为始终是重大安全隐患。传统阻燃剂如卤系化合物虽有效却存在环境毒性,而动态键自修复技术又常以牺牲力学性能为代价。如何实现阻燃、自修复与机械性能的协同提升,成为涂层材料领域的"不可能三角"挑战。
中国国家自然科学基金支持的研究团队独辟蹊径,将仿生材料聚多巴胺(PDA)与膨胀石墨(EG)复合,创造出具有三重功能的智能涂层。PDA@EG填料犹如"纳米太阳能板",能将近红外光(NIR)转化为82.9°C局部高温,激活PU基体中动态二硫键(S-S)和氢键网络的重排,10分钟内实现93.79%的损伤修复。更巧妙的是,燃烧时EG的"爆米花效应"使其体积膨胀300倍,与PDA协同形成致密碳层,像消防毯般隔绝氧气(O2)和热量传递。
研究团队采用四大关键技术:1) 碱性条件下DA在EG表面的原位聚合构建PDA@EG;2) 交替强-弱氢键网络与二硫键的动态交联设计;3) 近红外光照下的光热自修复效能评估;4) 极限氧指数(LOI)和垂直燃烧测试表征阻燃性。
该涂层突破传统材料性能界限:光热转换效率使自修复过程可控;膨胀碳层使LOI值显著提高;而π-π共轭体系与分级氢键设计维持了机械强度。这种"三位一体"策略为航空航天、电子封装等领域的智能防护涂层开发提供了新思路。
该成果发表于《Polymer Degradation and Stability》,其核心创新在于将生物启发材料(PDA)与石墨相变特性(EG)深度融合,通过精准的分子工程实现功能协同。正如审稿人所评:"这种将光热医学转化技术移植到材料科学的跨学科研究,为解决功能涂层的悖论难题树立了新标杆"。未来通过优化填料分散工艺或引入其他动态共价键,有望进一步拓展其在柔性电子等新兴领域的应用边界。