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  近日，東南大學化學化工學院、無錫校區(qū)張久洋教授團隊在國際知名期刊《Nature Communications》上發(fā)表題為《A Universal Strategy towards Self-Healing Materials via Dynamic Interfacial Liquid Metal Coordination》的研究論文，提出了一種基于多元液態(tài)金屬的動態(tài)界面配位新策略，將傳統(tǒng)的金屬-配體配位鍵轉(zhuǎn)化為動態(tài)的界面配位作用，賦予了常用聚合物材料的高效自修復性能。

  自修復聚合物材料憑借其固有的自主損傷修復能力，已成為現(xiàn)代智能材料系統(tǒng)不可或缺的組成部分。在各類自修復體系中，金屬-配體配位鍵因其豐富的金屬-配體種類和功能性而被廣泛應用。然而，常見的金屬-配體配位鍵要么結(jié)合強度過高導致穩(wěn)定性過強，要么結(jié)合強度不足難以構(gòu)建自修復材料。此外，有研究通過引入配位基團來實現(xiàn)材料的自修復能力，但這些方法通常依賴復雜的化學合成，成本高昂難以實現(xiàn)規(guī)模化應用。

  針對上述挑戰(zhàn)，張久洋教授團隊將配位活性金屬(如銀、鋅等) 溶解于液態(tài)鎵中，制備了兼具流動性與配位活性的多元液態(tài)金屬。利用多元液態(tài)金屬的液態(tài)界面流動特性，將傳統(tǒng)過強的金屬-配體配位鍵 (如銀-硫、鋅-咪唑)轉(zhuǎn)化為可逆的動態(tài)界面配位作用。當材料受損時，界面活性金屬原子通過液態(tài)表面遷移重構(gòu)配位網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)高效自修復能力（圖1）。

圖1 基于多元液態(tài)金屬動態(tài)界面配位的材料自修復機制

  研究表明，基于多元液態(tài)金屬的動態(tài)界面配位策略賦予復合材料優(yōu)異的自修復性能。以銀-鎵合金/天然橡膠體系為例，完全切斷的樣品在室溫自修復180分鐘后，拉伸性能恢復至原始狀態(tài)的90.5%。該策略具有普適性，鋅-鎵合金/咪唑體系制備的復合材料在室溫自修復18小時后，修復效率高達91.9%，修復后的樣品可承重自身1000倍的重量（圖2）。

圖2 多元液態(tài)金屬聚合物材料的自修復性能

  團隊深入揭示了多元液態(tài)金屬中活性原子的分布特性。分子動力學模擬等結(jié)果表明，銀原子以單原子或小團簇形式均勻分散于液態(tài)鎵基體中，并在液態(tài)金屬表面形成可參與配位的活性位點。此外，通過X射線光電子能譜分析證實，多元液態(tài)金屬表面受損后，新暴露的界面仍能檢測到清晰的銀特征峰，證明了液態(tài)界面的流動性特征（圖3）。

圖3 多元液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征及其動態(tài)界面配位機制

  此外，結(jié)合多元液態(tài)金屬高導熱系數(shù)的特性，制備的多元液態(tài)金屬/天然橡膠薄膜可用作于熱界面材料。該薄膜在90 wt.%填料含量下導熱系數(shù)達6.8 W/m·K，可使芯片運行溫度較天然橡膠薄膜降低32 ℃。更重要的是，該薄膜兼具優(yōu)異的自修復能力，表面劃傷后6小時可完全修復，散熱性能恢復如初 (圖4)。該工作為自修復材料提供了一種通用策略，并極大地拓展了修復合、配位化學、液態(tài)金屬、柔性電子和熱界面管理材料的研究領(lǐng)域。

圖4 具備自修復性能的多元液態(tài)金屬熱界面材料

  金屬-高分子復合材料是張久洋教授團隊的重要研究方向，主要探索金屬-高分子復合材料在電子功能器件、柔性電子、電子封裝基礎材料中的科學理論與應用前景。論文第一作者為博士研究生李志偉，張久洋教授是論文的唯一通訊作者，東南大學為第一通訊單位，該研究成果得到科技部重點研發(fā)項目、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等基金資助。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69609-4