山东科技大学刘成宝、南京理工大学傅佳骏教授团队AFM:基于动态键同步激活策略的仿生真皮多模态可逆损伤‑修复监测涂层

该涂层模拟人体真皮的胶原纤维、毛细血管与成纤维细胞结构，以聚脲软硬段网络对应胶原与弹性纤维，氨基罗丹明（R6N/EP）对应微血管实现损伤荧光响应，MXene 对应成纤维细胞促进光热修复。在剪切、磨损、冲击作用下，罗丹明螺内酰胺开环产生强橙色荧光，实现微损伤实时可视化；近红外照射下，MXene 产热激活氢键重组与罗丹明关环，荧光同步消失，涂层完成自修复。这种动态键同步激活策略，让光学信号与结构修复完全同步，实现可逆、循环、半定量的损伤-愈合全程监测。

高质量单层 MXene 纳米片表面光滑、厚度均匀，与聚合物基体形成强氢键作用。氨基罗丹明与环氧成功反应生成预聚体，并以共价键接入聚脲网络，形成均匀交联结构。涂层断面呈现梯度层状分布，MXene 有序自组装无明显团聚，提升材料整体强度与韧性。掺入 MXene 后，涂层拉伸强度由9.3 MPa 提升至 39.2 MPa，韧性显著增强，同时玻璃化转变温度适度提高。分子计算表明，罗丹明开环后 HOMO-LUMO 能隙显著降低，荧光大幅增强，从理论上验证了力致发光机制。

涂层在机械摩擦、拉伸作用下迅速出现明亮橙色荧光，荧光发射峰位于 589 nm，未添加罗丹明的对照组无发光信号，证实荧光来自罗丹明力致开环异构化。量化计算得出罗丹明酰胺键解离能为 128.72 kcal/mol，在机械应力下可稳定发生开环反应。原位红外与二维相关光谱显示，低应变下螺内酰胺优先开环并伴随 N-H 信号增强，高应变下氢键网络逐渐解离。数字图像相关分析显示，MXene 有效分散应力、抑制裂纹集中扩展，提升涂层力学稳定性与监测准确性。

MXene 赋予涂层高效近红外光热转换能力，60 秒内即可升至 75℃，激活动态氢键重组与罗丹明关环，划痕在 90 秒内显著修复，修复效率达 80% 以上。变温红外显示，升温过程中 C-N 键逐渐恢复、N-H 信号减弱，证实酰胺键关环与氢键重建同步发生。涂层可稳定完成 15 次以上损伤 - 修复循环，荧光强度与色度值随循环呈现规律周期性变化，色度值与修复效率呈良好线性相关，实现通过光学信号非原位、半定量评估修复程度。

在不同载荷与摩擦频率下，涂层摩擦系数低至 0.021，MXene 原位形成润滑膜显著提升耐磨性能。磨损深度、损耗率与荧光灰度值呈现高度线性相关性，可通过灰度分布半定量判定损伤程度。模拟海洋飞溅区冲蚀实验表明，涂层在颗粒冲击下仍能快速荧光示警，并通过光热修复恢复性能，修复效率随加热时间延长而提升。3D 轮廓仪验证色度 - 深度模型预测精度达 90% 以上，可实现大型结构表面损伤程度、修复效果与疤痕深度的全域可视化评估。

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