基于动态配位键的智能高分子材料

Smart materials are a new kind of functional material which can sense the environment, analyze, process and respond to it automatically. They have widespread applications, and therefore have great research value. In this project, we will study two kinds of smart materials, self-healing polymer and smart chromic polymer. We mainly focus on: 1) design thermodynamic inert but kinetically active complex with fast ligand exchanging at mild conditions by elaborate tuning of the bond energy and coordination geometry; 2) incorporate the dynamic coordination complex into polymer backbone to develop self-healing polymer with excellent mechanical performance, solve the incompatible problem between the mechanical properties and self-healing properties; 3) develop mechanical-responsive smart chromic polymer based on dynamic coordination complex, and apply them to crack detection and self-healing monitoring. This project not only study fundamental science such as the designation and characterization of dynamic coordination bonds, but also try to develop smart polymers with excellent performance, and therefore lay the foundation for high-tech applications of smart materials.

智能材料是一种能感知环境刺激，对之进行分析、处理、并进行自发响应的新型功能材料，应用前景广阔，因而具有重要的研究价值。本项目围绕自修复高分子和智能变色高分子两类智能材料开展工作。重点研究：1）通过对配位键键能和配位构型的精心设计，得到热力学比较稳定且在温和条件下存在快速配体交换的配合物体系；2）将动态配位键引入到高分子骨架中，制备力学性能优良的自修复材料，解决材料力学性质与自修复性质不能兼容的问题；3）设计合成基于动态配位键的机械响应智能变色高分子材料，并将其用于自修复材料的裂纹检测与修复过程监控。本项目既关注动态配位键的设计与表征等基础科学问题，同时也致力于研发性能优良的智能高分子材料，为智能材料在高新技术中的应用奠定基础。

智能材料是一种能感知环境刺激，对之进行分析、处理、并进行自发响应的新型功能材料，应用前景广阔。作为智能材料的一种，自修复材料的研究具有重要的科学意义和应用价值。高强度自修复材料的设计合成以及自修复材料的功能化是自修复材料研究中亟待解决的关键问题。本项目围绕基于动态配位键的自修复高分子材料开展了较为深入研究，利用配合物结构多变、键能可调的优势和特点，设计合成了热力学稳定而动力学活泼的动态配位体系；将动态配位体系修饰到高分子中，得到基于动态配位键的高强度自修复高分子，有效地解决了材料力学强度和自修复性质难以兼顾的问题；将自修复材料应用于光电功能器件中，实现光电功能器件的自修复；设计合成了颜色对配位构型敏感的金属配合物，得到了具有变色性质的自修复材料。项目实施过程中在Nat. Commun. Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Mater. Lett., ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上发表研究论文20篇。申请专利7项(其中国际发明专利2项)，5项专利已获得授权。这些成果为后续开发基于配位键的智能材料提供了丰富的技术数据和研究基础。