1. 研究背景
自修復高分子材料可在損傷后自主愈合，延長服役壽命并提升安全性。然而，室溫自愈合體系多為柔軟的彈性體，難以同時滿足工程結構中對高剛性與高強度的需求。通過密集氫鍵（H-bond）設計的玻璃態自愈合聚氨酯（GPU）雖具備剛性與自愈性能，但仍面臨脆性高、易吸濕及功能單一等關鍵挑戰。另一方面，自然界的珍珠母結構以“磚-泥”層狀構型實現了剛韌兼備與界面協同，為構筑高性能復合體系提供了重要啟示。為此，南京理工大學傅家駿團隊受“逆向珍珠母”啟發，構建了硼氮化物納米片（BNNSs）強化的玻璃態自愈合聚氨酯復合體系，實現了剛性、韌性、自愈、耐濕與高導熱性的多重統一。
2. 本文要點
1. 溶劑交換誘導自組裝，構筑“逆向珍珠母”結構。
通過溶劑交換-滾壓折疊工藝，BNNSs在GPU基體中形成層狀有序骨架，
實現了均勻分散與穩健界面結合。該方法溫和、可擴展，克服了傳統納米填料團聚與界面弱化的問題。
2. 機械性能顯著提升，剛韌并存。
GPU-BNNSs40樣品的彎曲模量、強度、韌性及斷裂韌性分別提升至原來的6.6倍、14.4倍、490倍與35.7倍，展現出顯著的能量耗散與裂紋偏轉機制。
3. 自愈與功能協同。
盡管材料達到GPa級剛性，仍能在室溫下自愈合效率達95.8%。BNNS層狀結構有效阻隔水汽，使復合材料在高濕條件下仍保持機械穩定，并實現高達11.54 W·m?¹·K?¹的面內導熱性能，成為新一代高性能熱界面材料的有力候選。
圖1. 展示GPU合成路線、BNNSs制備與復合材料分層結構形貌
圖2. GPU-BNNSs的三點彎曲力學性能與斷裂韌化機制
圖3. 拉伸形貌與界面氫鍵的能量耗散行為
圖4. 室溫自愈性能評估與分子尺度H鍵松弛機制
圖5. BNNSs層狀屏障賦予材料優異的防潮能力
圖6. 高取向BNNS骨架實現高效導熱與熱穩定性表現
3. 研究結論
本研究通過“溶劑交換誘導自組裝”策略，實現了結構仿生與分子工程的深度融合，成功制備出兼具高剛性、高韌性、室溫自愈、耐濕與高導熱性能的GPU-BNNSs仿生納米復合材料。其力學性能較原體系提升數百倍，同時保持優異的自愈能力。BNNSs的致密層狀屏障結構顯著改善了自愈聚氨酯的吸濕性，解決了長期困擾該類材料的“濕敏失效”難題；而其高取向的導熱通道使體系在電子器件熱管理中具備實際應用潛力。該研究不僅突破了“剛性與自愈性難以共存”的理論瓶頸，也為高性能智能界面材料與自修復電子封裝材料的開發提供了可行路徑。
4. 文章信息
Jiaoyang Chen, Dong Wang, Jiajun Fu*. Stiff yet Tough, Moisture‐Tolerant, Room Temperature Self‐Healing and Thermoconductive Biomimetic Nanocomposites. Advanced Materials, 2025, e07548.
https://doi.org/10.1002/adma.202507548
