自修复弹性体破坏与愈合过程及其物理机制的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51873110
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0301.高分子材料制备
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In the last decade, there has been a significant progress in the molecular design of self-healing elastomers (SHEs) by chemical methods, yet understanding the basic physical mechanisms of the rupturing and healing processes of SHEs evidently falls behind the molecular design. As such, this project will fabricate SHEs with controllable molecular and network structures, and use these SHEs as model systems for investigation. The methods of characterizing ultrathin polymer films and those of characterizing thermodynamics and kinetics of polymers will be adopted to study the fracture surface with macroscopic damage and the bulk with microscopic damage, respectively. The microstructure and molecular chain dynamics will be analyzed in the nonequilibrium state and compared with those in the equilibrium state, to reveal the physical mechanism of material damage. Moreover, we will investigate the evolution dynamics of dynamic bonds, network structure and molecular motion during the healing process from nonequilibrium state to equilibrium state. The obtained dynamic character of multi-scale structures and molecular motion as a function of time will be compared with that of mechanical properties during the healing process, to unravel the physical mechanism of the healing process. The outcomes of this project can be utilized to instruct the molecular design of SHEs with high performance and high healing efficiency, and also to promote the knowledge accumulation and renewal concerning polymer physics, such as dynamic networks and molecular motion.
近年来,通过分子设计制备自修复弹性体已经得到蓬勃的发展,然而从物理角度理解自修复弹性体的破坏与愈合过程及其机制明显滞后。针对这一现实,本项目拟制备分子结构和网络结构可控的自修复弹性体,以其为模型体系,巧妙地利用表征高分子超薄膜的新方法和表征高分子热力学与动力学的传统方法,分别研究产生宏观结构破坏的断面和产生微观结构破坏的本体,分析二者对应的非平衡态的微观结构和分子链动力学,并与初始平衡态的数据对比,揭示自修复弹性体产生破坏的物理机制。进一步探索断面和本体在愈合过程中由非平衡态向平衡态转变时动态键动态特性、网络结构和分子运动的演变,获得不同尺度的结构和分子运动随愈合时间变化的动力学特征,并与材料宏观性能的修复动力学对比,揭示自修复弹性体愈合过程及其物理机制。本项目的研究成果可用于指导高性能和高效愈合自修复弹性体的分子设计,亦可促进高分子动态网络模型和分子运动理论等知识的积累和更新。

结项摘要

目前,关于自修复弹性体自修复机理的研究明显滞后于材料的设计和制备,极大限制了高愈合效率和高力学性能的自修复弹性体的发展。针对这一现状,本项目通过分子设计合成了多种自修复弹性体作为模型体系,剖析了自修复弹性体的分子结构和网络结构特征,深入研究了动态键类型和密度、分子拓扑结构及网络结构对自修复弹性体物理机械性能和自修复效率的影响。在此基础上,通过介电松弛谱、二维红外分析、拉曼光谱和动态流变仪等手段,分析自修复弹性体中不同模式的分子运动,及分子运动对动态键重组和网络结构重组的驱动作用,进而揭示动态键重组和网络结构重组对弹性体自修复效率的贡献。通过共聚反应,将具有聚集诱导猝灭效应或聚集诱导发光效应的荧光分子引入自修复弹性体中,建立了材料破坏和修复过程中损伤应力活化区的可视化和定量化检测技术,通过微区荧光强度变化,测定了损伤应力活化区的尺寸,及其偏离平衡态的程度;进一步,追踪损伤应力活化区从非平衡态向平衡态转变时动态键、网络结构和自由体积的演变,从而在分子尺度上揭示自修复弹性体破坏和愈合的物理机制,为高愈合效率和高力学性能的自修复材料的制备提供了科学依据。项目执行期间在P Natl Acad Sci USA, Mater. Horizons, Adv. Funct. Mater, Chem. Mater, Sci China Mater, J Mater Chem A, ACS Appl Mater Interfaces, Chem Eng J等杂志上发表标注 SCI 论文44篇(其中 IF>10 的期刊论文 21篇),申请中国发明专利 5项(授权3项),毕业的硕博士研究生12人。

项目成果

期刊论文数量(43)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Ultra-robust Metallosupramolecular Hydrogels with Unprecedented Self-recoverability using Asymmetrically Distributed Carboxyl-Fe3+ Coordination Interactions
利用不对称分布的羧基-Fe3配位相互作用实现具有前所未有的自我恢复能力的超鲁棒金属超分子水凝胶
  • DOI:
    10.1007/s10118-022-2818-x
  • 发表时间:
    2022-08-31
  • 期刊:
    CHINESE JOURNAL OF POLYMER SCIENCE
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Yuan, Zhao-Yang;Cao, Zhen-Xing;Wu, Jin-Rong
  • 通讯作者:
    Wu, Jin-Rong
Effect of Counterions on the Physicomechanical Properties of Copper–Nitrogen-Coordinated Metallosupramolecular Elastomers
抗衡离子对铜氮配位金属超分子弹性体物理力学性能的影响
  • DOI:
    10.1021/acsami.2c18631
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hui Liu;Weihang Li;Haitao Wu;Yue Huang;Yujia Hou;Qi Wu;Jinrong Wu
  • 通讯作者:
    Jinrong Wu
Unraveling the Heterogeneity of Epoxy-amine Networks by Introducing Dynamic Covalent Bonds
通过引入动态共价键揭示环氧胺网络的异质性
  • DOI:
    10.1007/s10118-022-2881-3
  • 发表时间:
    2022-10-31
  • 期刊:
    CHINESE JOURNAL OF POLYMER SCIENCE
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Xu,Hu;Zhang,Yao;Wu,Jin-Rong
  • 通讯作者:
    Wu,Jin-Rong
Mechanically robust and rapidly degradable hydrogels for temporary water plugging in oilfields
用于油田临时堵水的机械坚固且可快速降解的水凝胶
  • DOI:
    10.1002/pol.20220495
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Journal of Polymer Science
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhaoyang Yuan;Zhenxing Cao;Rui Wu;Qiongjun Xu;Hu Xu;Haitao Wu;Biqiang Jin;Wenqiang Wu;Jing Zheng;Jinrong Wu
  • 通讯作者:
    Jinrong Wu
3D programmable, reconfigurable and recyclable biomass soft actuatorsenabled by designing inverse opal-mimetic structure with exchangeable interfacial crosslinks
通过设计具有可交换界面交联的反蛋白石模拟结构,实现 3D 可编程、可重构和可回收的生物质软执行器
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c02722
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yong Zhu;Junqi Zhang;Qi Wu;Mokun Chen;Guangsu Huang;Jing Zheng;Jinrong Wu
  • 通讯作者:
    Jinrong Wu

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Study on the stretch induced phase transition of α trans-1,4-polyisoprene by in-situ SAXS and WAXS measurements
通过原位 SAXS 和 WAXS 测量研究α反式-1,4-聚异戊二烯的拉伸诱导相变
  • DOI:
    10.1007/s10965-014-0576-3
  • 发表时间:
    2014-10
  • 期刊:
    Journal of Polymer Research
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    翁更生;吴锦荣;徐玉赐;包锦标;黄光速;陈忠仁
  • 通讯作者:
    陈忠仁

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
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AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
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          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
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          K --> L[研究结束]
      
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