華東理工大學(xué)科學(xué)家提出“分子拉鏈”獨特概念
來源：中國科學(xué)報
近期，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授曲大輝課題組創(chuàng)新性地提出了一種“分子拉鏈”的獨特概念，在超分子聚合物彈性體領(lǐng)域取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“An Ultra-Strong and Highly Stretchable Polyurethane Elastomer Enabled by a Zipper-Like Ring-Sliding Effect”為題發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
高性能彈性體因其在柔性電子、人工致動器和刺激響應(yīng)材料等新興領(lǐng)域的應(yīng)用前景而受到廣泛關(guān)注。然而，在提高聚合物網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能方面總是存在權(quán)衡。比如用弱犧牲鍵取代部分強(qiáng)共價交聯(lián)可以提高拉伸性能，但同時也會降低機(jī)械強(qiáng)度。最近，由于機(jī)械鍵化學(xué)的興起，將機(jī)械互鎖分子作為滑環(huán)交聯(lián)劑引入聚合物網(wǎng)絡(luò)以提高聚合物性能的策略得到了關(guān)注。然而，現(xiàn)有的例子只提高了材料的拉伸性能，但在力學(xué)強(qiáng)度方面存在一定的局限性。
研究人員創(chuàng)新性地將擬輪烷交聯(lián)劑引入具有豐富的氫鍵堆積域的聚氨酯網(wǎng)絡(luò)，得到兼具主客體相互作用和氫鍵作用的超分子聚合物網(wǎng)絡(luò)。利用極少量（0.5 mol%）的擬輪烷交聯(lián)劑就可以使聚氨酯的機(jī)械強(qiáng)度提高950%、伸長率提高650%、斷裂能提升4470%。研究人員進(jìn)一步通過傅里葉變換紅外光譜和X射線衍射等技術(shù)證明了機(jī)械作用下的氫鍵斷裂，并由此證明這種機(jī)械增強(qiáng)是由于滑環(huán)效應(yīng)與氫鍵堆積網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，使得氫鍵堆積域被分子拉鏈?zhǔn)降幕瑒油狡茐牡哪芰亢纳C(jī)制得以實現(xiàn)。這項工作為高性能彈性體的構(gòu)建提供了新策略，同時推動了人工分子機(jī)器在無溶劑型聚合網(wǎng)絡(luò)中的實際應(yīng)用。
據(jù)悉，該工作由博士生施晨宇在曲大輝教授的指導(dǎo)下完成，并得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委重大項目、基礎(chǔ)科學(xué)中心、上海市重大科技專項等項目資金的支持，表征工作得到了華東理工大學(xué)分析測試中心的大力支持。
