自修复聚合物材料能够在微裂纹萌生初期自主修复损伤，从而大幅延长材料服役寿命、提升安全性与可靠性。然而，当前绝大多数自修复体系的研究聚焦于力学性能的恢复程度，却忽视了修复速度这一关键维度。在实际使用中，微裂纹一旦形成便迅速扩展，若修复速率低于裂纹扩展速率，则无法有效阻止宏观断裂的发生。因此，从工程应用角度出发，发展兼具快速与高效修复能力的自修复体系具有迫切现实意义。
近日，刘向东团队在 Journal of Applied Polymer Science 上报道了一种基于动态二硫键的新型聚氨酯材料（PIS）。团队采用含二硫键的扩链剂—双(4-羟基苯基)二硫与脂肪族异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）进行共聚，成功将动态可逆的二硫键引入聚氨酯主链。通过调控软硬段比例，系统优化了材料的力学与自修复性能。
得益于二硫键适中的键解离能，该材料在温和加热条件下即可触发快速的硫交换反应，实现分子链的动态重排。其中PIS1样品（最低硬段含量）表现出最优的自修复效率：在65 °C修复4小时后，断裂伸长率修复效率达100%，断裂强度修复效率达99%；表面划痕在120秒内即可完全修复，且切割后的断面重新接触后能立即承受扭曲而不开裂，展现出卓越的瞬时修复能力。在力学性能方面，PIS2样品的拉伸强度达27.6 MPa，断裂伸长率为486.6%，兼具良好的强度与延展性。此外，该材料在200%拉伸形变后30秒内即可恢复原始形状，展现出优异的形状记忆与恢复性能。
研究表明，适当的二硫键含量可增强分子链迁移率并改善软硬段相容性，但过高的二硫键含量反而因刚性苯环的堆积而限制分子运动，削弱修复效率。这一发现为动态共价键型自修复材料的结构设计提供了重要指导。
该材料在涂层、弹性体、航空航天及机器人等领域具有广阔应用前景，尤其适合作为浮空器囊体自修复体系的基质材料，可快速封堵气体泄漏、提升结构完整性与服役安全性。相关工作得到长春市青年科技人才计划（杰出青年23JQ10）和中国科学院长春应化所青年促进会（GG2024011）的资助。
附件：