1. 研究背景
自修复高分子材料可在损伤后自主愈合，延长服役寿命并提升安全性。然而，室温自愈合体系多为柔软的弹性体，难以同时满足工程结构中对高刚性与高强度的需求。通过密集氢键（H-bond）设计的玻璃态自愈合聚氨酯（GPU）虽具备刚性与自愈性能，但仍面临脆性高、易吸湿及功能单一等关键挑战。另一方面，自然界的珍珠母结构以“砖-泥”层状构型实现了刚韧兼备与界面协同，为构筑高性能复合体系提供了重要启示。为此，南京理工大学傅家骏团队受“逆向珍珠母”启发，构建了硼氮化物纳米片（BNNSs）强化的玻璃态自愈合聚氨酯复合体系，实现了刚性、韧性、自愈、耐湿与高导热性的多重统一。
2. 本文要点
1. 溶剂交换诱导自组装，构筑“逆向珍珠母”结构。
通过溶剂交换-滚压折叠工艺，BNNSs在GPU基体中形成层状有序骨架，
实现了均匀分散与稳健界面结合。该方法温和、可扩展，克服了传统纳米填料团聚与界面弱化的问题。
2. 机械性能显著提升，刚韧并存。
GPU-BNNSs40样品的弯曲模量、强度、韧性及断裂韧性分别提升至原来的6.6倍、14.4倍、490倍与35.7倍，展现出显著的能量耗散与裂纹偏转机制。
3. 自愈与功能协同。
尽管材料达到GPa级刚性，仍能在室温下自愈合效率达95.8%。BNNS层状结构有效阻隔水汽，使复合材料在高湿条件下仍保持机械稳定，并实现高达11.54 W·m⁻¹·K⁻¹的面内导热性能，成为新一代高性能热界面材料的有力候选。
图1. 展示GPU合成路线、BNNSs制备与复合材料分层结构形貌
图2. GPU-BNNSs的三点弯曲力学性能与断裂韧化机制
图3. 拉伸形貌与界面氢键的能量耗散行为
图4. 室温自愈性能评估与分子尺度H键松弛机制
图5. BNNSs层状屏障赋予材料优异的防潮能力
图6. 高取向BNNS骨架实现高效导热与热稳定性表现
3. 研究结论
本研究通过“溶剂交换诱导自组装”策略，实现了结构仿生与分子工程的深度融合，成功制备出兼具高刚性、高韧性、室温自愈、耐湿与高导热性能的GPU-BNNSs仿生纳米复合材料。其力学性能较原体系提升数百倍，同时保持优异的自愈能力。BNNSs的致密层状屏障结构显著改善了自愈聚氨酯的吸湿性，解决了长期困扰该类材料的“湿敏失效”难题；而其高取向的导热通道使体系在电子器件热管理中具备实际应用潜力。该研究不仅突破了“刚性与自愈性难以共存”的理论瓶颈，也为高性能智能界面材料与自修复电子封装材料的开发提供了可行路径。
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
