原文链接：10.1039/D5MH00655D
光激活自修复材料能够实现高时空分辨率的远程控制，近年来在多个领域受到了广泛关注。然而，在大多数情况下，需要高能量紫外线（UV）来引发动态共价键交换，且修复过程耗时较长（>12小时）。
近日，西南交通大学周祚万团队通过动态碲键和氢键的协同作用，制备了一种PDMS弹性体，其在紫外线和可见光照射下均能实现快速自修复。该聚合物的光响应行为源于碲键在多波长光照下生成高活性碲自由基的独特能力。通过整合双重动态键（氢键和碲键），Te‒Te‒PDMS弹性体展现出优异的机械性能（拉伸强度：1.0 MPa；断裂伸长率：1390%）和快速自修复效率，在紫外线照射下30分钟内恢复98%的强度，在氙灯照射下60分钟内恢复97%的强度。本研究为设计具有动态共价键系统的自修复聚合物提供了一种新方法，同时推动了动态化学领域的发展。相关研究成果发表于《Materials Horizons》上。
图文解析
图1 Te‒Te‒PDMS弹性体的结构设计和动态键网络示意图。（a）Te‒Te‒PDMS的分子结构。（b）双重动态相互作用：非共价（氢键）和共价（二碲键）相互作用。（c）在可见光照射下，二碲键的光响应行为通过碲键的动态交换反应实现。
图2 Te‒Te‒PDMS弹性体的结构表征。（a）Te‒Te‒PDMS在氘代氯仿（CDCl₃）中的¹H NMR谱图。（b）（a）中突出质子的扩展谱区。（c）IPDI、NH₂–PDMS–NH₂前体和Te‒Te‒PDMS弹性体的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）比较分析。（d）NH₂–Te–Te–NH₂单体和Te‒Te‒PDMS弹性体的X射线光电子能谱（XPS）全谱图。（e–h）高分辨XPS分峰：（e）Te 3d和（f）C 1s核心谱图对应NH₂–Te–Te–NH₂。（g）Te 3d和（h）C 1s谱图对应Te‒Te‒PDMS。
图3 Te‒Te‒PDMS（R=2:8）弹性体的光响应自修复性能。（a）原始与修复样品在不同光源下照射30分钟后的应力-应变曲线。（b）在相关照射条件下修复后拉伸应力（σ）和断裂伸长率（ε）的恢复率量化。（c）光介导修复前后裂纹闭合的宏观可视化。（d）在氙灯照射（5 mW/cm2）下机械恢复的时间演变。（e）σ和ε恢复随照射时间（0–60分钟）变化关系。（f）报告的光激活自修复系统的波长、修复时间和修复效率比较。（g）在0/10/30/60分钟间隔下的原位时间分辨光学显微镜成像，用于观察界面修复情况。
图4 Te‒Te‒PDMS自修复行为的机理阐述。（a）在25–150°C范围内Te‒Te‒PDMS试样时间分辨傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的演变。（b, c）在（b）紫外线和（c）氙灯照射下的原位电子顺磁共振（EPR）谱图，确认自由基介导的键交换。（d, e）密度泛函理论（DFT）优化的几何结构：（d）基态（S₀）与（e）激发态（S₁）NH₂–Te–Te–NH₂的构象，显示Te–Te键长从2.85 Å延伸至3.12 Å。（f）NH₂–Te–Te–NH₂从S₀→S₁跃迁的电子密度差等值面（等值=0.005）。红色和冰蓝色区域分别对应激发后电子密度增加和减少的区域。（g）提出的自由基复合和氢键重组在光热修复过程中的协同机理框架。
图5 AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料的制备及结构表征。（a）AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料的制备工艺流程。（b, c）AgNWs的形貌：（b）透射电子显微镜（TEM）图像和（c）能量色散X射线光谱（EDS）元素分布图。（d）自由站立复合膜的数码照片。（e–g）AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料的微观结构：（e）光学显微镜下AgNWs渗透网络，（f）表面形貌的扫描电子显微镜（SEM）图像，（g）冷冻断裂截面显示导电层的厚度。
图6 Te‒Te‒PDMS弹性体在可穿戴传感技术中的多功能应用。（a）AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料的应变依赖电阻响应（GF=4.7）。（b–e）生物力学传感能力：（b）手指弯曲跟踪（0–90°范围），（c）腕关节活动监测，（d）发声期间喉部振动检测。（e）具有蓝牙遥测功能的无线表皮电生理平台。（f）ECG采集。（g）指节运动捕捉：（i–v）拇指到小指的顺序弯曲。（h）在数字驱动过程中的时间相关肌电图（EMG）信号。
图7 AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料的自修复行为。（a–c）AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料连接到带有LED灯泡的12V电路时的自修复过程数码照片。（d）在氙灯照射下修复受损导电复合材料的数码照片。（e–f）室温下AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料自修复前后的光学显微镜图像。（h）首次和第二次切割-修复循环后原始和受损复合材料的电阻率（ρ）。（i）用原始和（j）修复后的样品作为感应电极测量的ECG曲线。（k）AgNWs/Te‒Te‒PDMS复合材料电导率恢复过程的示意图。
