可修复水性聚合物因其环保特性备受关注，但差的机械性能阻碍其推广。通过合理的结构设计，构筑具有高强度的水性聚合物材料，对推广水性聚合物的应用，并且降低环境污染具有重要意义。
穿山甲鳞片是一种具有高强度和高韧性的天然物质，可帮助穿山甲有效抵御外部伤害，它奇特的结构与性能为高强高韧水性聚合物的结构设计提供了新思路。穿山甲鳞片中富含中细胞间脂质和角蛋白，其中细胞间脂质作为弹性蛋白，赋予鳞片优异的韧性和轻微损伤后的自修复能力；鳞片中的角蛋白（主要为α-角蛋白和β-角蛋白）作为硬化蛋白，可通过氢键与静电作用与其他物质交联，从而提升鳞片强度。
受穿山甲鳞片独特微观结构启发，大连理工大学蹇锡高院士团队设计了一种名为SWPUMA-SPPEK10的高强高韧超分子水性聚合物网络（SWPN）。
该材料是通过将本团队自主研发的磺化杂萘联苯聚芳醚酮（SPPEK）与含酰基氨基脲（ASC）的阳离子超分子水性聚氨酯（SWPUMA）在水溶液中复合，再经过离心和热压工艺制备而成。得益于ASC、静电相互作用与刚性SPPEK纳米粒子的协同效应，SWPUMA-SPPEK10展现出卓越的机械性能，其拉伸强度达55.19 MPa，韧性高达305.93 MJ/m³。其力学性能甚至超过了常见的商用水溶性聚合物（如PVP、PVA等）。聚合物链中丰富的动态超分子相互作用还赋予其优异的自修复性和可回收性。这种仿生结构设计为构建兼具高强度与可回收性的高性能水性聚合物提供了新的思路。
图1 (a) 穿山甲鳞片的组成结构, (b) 超分子水性聚合物网络的化学结构
图2 超分子水性分散体及水性聚合物网络的结构表征
图3 超分子水性聚合物网络的力学性能表征
图4 SWPUMA-SPPEK10的强韧化机理
图5 SWPUMA-SPPEK10的修复和再加工
图6 聚氨酯基离子皮肤的应变传感性能
图7 SWPUMA-SPPEK10作为碳纤维增强环氧树脂复合材料的增韧层
该工作以“Pangolin scale inspired healable, recyclable, and mechanically robust supramolecular waterborne polymer networks”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，论文的第一作者是大连理工大学的张明光，论文的通讯作者是陈友汜研究员。本工作得到重点研发计划项目课题、中央高校基本科研专项资金的支持。
原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202501512
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