高性能彈性體因其在柔性電子、人工緻動器和刺激響應材料等新興領域的應用前景而受到廣泛關注。然而，在提高聚合物網絡的機械強度和拉伸性能方面總是存在權衡。比如用弱犧牲鍵取代部分強共價交聯可以提高拉伸性能，但同時也會降低機械強度。最近，由於機械鍵化學的興起，將機械互鎖分子作為滑環交聯劑引入聚合物網絡以提高聚合物性能的策略得到了關注。然而，現有的例子只提高了材料的拉伸性能，但在力學強度方面存在一定的侷限性。
近期，華東理工大學化學與分子工程學院曲大輝教授課題組創新性地提出了一種“分子拉鍊”的獨特概念，在超分子聚合物彈性體領域取得了新進展，相關成果以“An Ultra-Strong and Highly Stretchable Polyurethane Elastomer Enabled by a Zipper-Like Ring-Sliding Effect”為題，發表在《Advanced Materials》上。（DOI：10.1002/adma.202000345）
在本工作中，研究者們創新性地將擬輪烷交聯劑引入具有豐富的氫鍵堆積域的聚氨酯網絡，得到兼具主客體相互作用和氫鍵作用的超分子聚合物網絡。利用極少量（0.5 mol%）的擬輪烷交聯劑就可以使聚氨酯的機械強度提高950%，伸長率提高650%，斷裂能提升4470%。進一步通過傅里葉變換紅外光譜和X射線衍射等技術證明了機械作用下的氫鍵斷裂，由此證明這種機械增強是由於滑環效應與氫鍵堆積網絡的協同作用，使得氫鍵堆積域被分子拉鍊式的滑動同步破壞的能量耗散機制得以實現。這項工作為高性能彈性體的構建提供了新策略，同時推動了人工分子機器在無溶劑型聚合網絡中的實際應用。
該工作由博士生施晨宇在曲大輝教授的指導下完成，並得到了田禾院士的悉心指導。該研究工作得到了國家自然科學基金委重大項目、基礎科學中心、上海市重大科技專項等項目資金的支持，表徵工作得到了華東理工大學分析測試中心的大力支持。
來源 華東理工大學化學與分子學院
文章網址：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000345
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