在自修复聚合物材料领域，力学强度与自修复效率之间的“鱼与熊掌”矛盾长期困扰着研究者，高强度通常源于高交联密度或结晶结构，但这会限制分子链运动，从而削弱自修复能力。如何在二者之间找到平衡点，是该领域的核心挑战。
近日，刘向东团队在 Chemical Engineering Journal 上发表研了题为《Bio-inspired self-healing polyurethane system: Mimicking connective tissue with hydrogen-bonding mechanism》的研究论文，首次受结缔组织（由坚韧的胶原纤维、弹性的弹性纤维和输送营养的血管网络组成）的结构启发，设计合成了一种兼具超高强度与优异自修复性能的聚氨酯材料（PCL-HBU）。研究团队通过调控含四重氢键的UPy单元与富含酰胺键的BHO扩链剂的比例，创造性地在单一材料中构建了三种微相结构共存：软段结晶区、硬段微晶区和非晶区，完美模拟了结缔组织的多组分协同增强增韧机制。
其中，优化配比的PCL-HBU3展现出卓越的力学性能：拉伸强度高达70.0 MPa，断裂伸长率达1500%，韧性达441.39 MJ/m³——强度堪比天然木材（50–140 MPa），韧性超越天然蜘蛛丝（约350 MJ/m³），在含UPy的自修复材料中处于领先水平。该材料在60℃ 下仅需20秒即可从600%伸长率完全恢复；表面划痕在80℃下15分钟内完全愈合，断裂伸长率自修复效率达100%，修复后的样品甚至可提起自身重量100,000倍的重物（5 kg）。
机制研究表明：拉伸过程中，软段晶体先发生破碎以耗散能量，随后分子链沿拉伸方向有序排列并重结晶，实现“自增强”；而UPy四重氢键作为可逆牺牲键，在断裂与重组中持续耗能，赋予材料类似弹性纤维的快速恢复能力。此外，该材料还表现出良好的阻燃性能和热稳定性。
研究团队进一步以PCL-HBU3为基体，通过静电纺丝与碳纳米管（CNT）喷涂制备了导电复合材料PHBU-CNT。该材料在切断-修复后电阻从2.584 kΩ恢复至3.152 kΩ，并在50次循环拉伸中保持稳定的信号响应。在穿戴式传感演示中，PHBU-CNT可精准识别手指弯曲幅度，并能通过贴附于喉部实现不同单词的语音波形识别，在动作监测与辅助发音训练等领域展现出应用潜力。
该工作为仿生自修复材料的设计提供了全新思路——通过模拟生物组织的多级结构与多重能量耗散机制，成功打破了强度与自修复之间的传统权衡。研究得到国家自然科学基金（22175171）和长春市青年科技人才计划（杰出青年23JQ10）的资助。
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