釜山大学与KIST开发可吸能且可回收的创新新材料
釜山大学 Lee Jaejun 教授与 KIST Kim Taean 博士研究登上英国皇家化学会期刊“Materials Horizons”封面
利用外部能量激活的二硫化物键交换反应，证实高能量耗散能力
釜山大学和韩国科学技术研究院（KIST）宣布了一项创新性研究成果，有望在爆炸或高速碰撞产生的冲击波中保护建筑、汽车以及人体免受损害。
一旦发生碰撞或爆炸，大量应力波能量会被迅速传递，从而对物体或人体造成严重损伤。此时需要一种能够吸收或分散该能量、从而减轻损害的特殊材料，但迄今为止开发出的材料在重复和持续使用方面存在局限。
釜山大学（校长 Choi Jaewon）7日表示，该校高分子工学科 Lee Jaejun 教授研究团队与 KIST Kim Taean 博士研究团队成功开发出一种特殊高分子材料，在碰撞和爆炸时既能吸收来自外界的大量能量，又具备自我修复和可回收利用的特性，可实现长期使用。
通常被称为“冲击波”的“高应变率应力波（high-strain rate stress waves）”由爆炸以及物体间的高速碰撞等引发，不仅会对建筑和车辆等物体造成破坏，也会对人体健康造成严重危害.
为防止这些附带损害，材料领域此前曾报道过利用外界输入能量来诱导物理键解离，或利用可能导致结构坍塌的添加剂来衰减能量的材料，但在重复性和寿命方面应用受到限制。
对此，釜山大学与 KIST 共同研究团队合成了“通过调控催化剂引发的动态共价键交换反应活性，从而具备高效高能量耗散能力的动态共价键高分子网络”，并展示了其自我修复能力和化学可回收性，从材料作为高能量耗散材料的应用价值方面进行了评估和报道。
此次研究首次从材料黏弹性（黏弹性：同时具有黏性和弹性的性质）行为出发，详细阐述了为有效体现高能量耗散能力所需的动态高分子网络的必要条件，具有重要意义.
尤其是，与其他动态高分子网络不同，本研究首次提出，在内含无数动态共价键的前提下，能量耗散能力会随着交换反应活化程度的不同而变化。研究通过自我修复性能克服了既有高能量耗散材料在重复使用方面的局限，并通过化学回收方法将其重新转化并回收为单体和交联剂，从而提高了材料的可持续性。
为此，研究团队以含有二硫键（disulfide group）的天然来源物质α-硫辛酸（α-lipoic acid）为基础，直接合成了可表现出不同物性的单体和交联剂。
通过比较由多种合成单体制得的单一聚合物，研究团队揭示：材料的黏弹性行为会随着侧链（side chain，指从高分子或分子主链分支出来的分子基团）长度及二级键存在与否而发生变化，由此改变的 tan δ（正切 δ）数值与高能量应力波的耗散存在相关性。
tan δ 被定义为损失模量（Loss modulus）与储能模量（Storage modulus）的比值，用于表征相对于能量储存能力而言的能量耗散能力，是衡量材料阻尼能力的指标。
研究团队表明，由上述单体和交联剂组合制成的动态弹性体，其高能量耗散能力可随着催化剂含量的不同而提高 50% 至 70%，并确认了其性能可与既有优秀耗散材料 PDMS 和聚脲相媲美。
由于高能量耗散材料在应用特性上不可避免地会暴露于不规则且强烈的能量之下，材料损伤在所难免，但该材料基于优异的二硫键交换反应，具备自我修复能力，并且在碱性条件下可以再次转化并回收为单体和交联剂，证明了其作为一种可长期持续使用材料的可能性。
本研究成果被英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry, RSC）旗下著名材料学术期刊《Materials Horizons》选为 11 月 7 日刊封面论文。
负责本次研究的 KIST Kim Taean 博士表示：“本次研究成果的意义在于，提出了一种既能有效吸收可能导致严重损害的冲击能量，又可在废弃时回收为原始单体从而实现持续使用的材料。”Kim 博士尤其表示：“该材料属于动态高分子网络，因此不仅可用于简单薄膜形态，还可根据应用需求在发泡材料和涂层材料等加工方面灵活利用。”
论文共同通讯作者、釜山大学 Lee Jaejun 教授表示：“随着在频繁发生快速碰撞的宇宙环境中的活动增加，以及因各国间尖锐对立而导致高能量爆炸愈发频繁的战场环境，装备和结构物以及人体将更频繁地暴露于高应变率应力波之下。本次研究利用动态共价键化学，提出了能够有效分散此类应力波并保护其免受冲击波侵害的材料设计原理。”
本研究在国家科学技术研究会和韩国研究财团的资助下，由 KIST 学生研究员兼首尔大学材料工学部博士课程在读研究生 Lee Juho、釜山大学高分子工学科硕士课程学生 Park Gyeongmin、KIST 学生研究员 Lee Dongju 担任共同第一作者，研究负责人 KIST Kim Taean 博士和釜山大学高分子工学科 Lee Jaejun 教授担任共同通讯作者主导完成。首尔大学材料工学部教授 Ahn Cheolhee 和 KIST 学生研究员 Shin Jiyun 以共同作者身份参与。
从左起为 Lee Jaejun 教授、Kim Taean 博士、Lee Juho 博士研究生、Park Kyungmin 硕士研究生、Lee Dongju KIST 学生。
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