常冠军教授课题组在力致可逆动态键驱动高强韧聚合物领域取得的重要研究成果

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近日，国际顶级学术期刊Nature子刊《Nature Communications》在线发表了西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室常冠军教授课题组在力致可逆动态键驱动高强韧聚合物领域取得的重要研究成果。文章标题Force–reversible chemical reaction at ambient temperature for designing toughened dynamic covalent polymer networks，全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30972-7。
        共价交联聚合物材料因具有优异的机械强度和热稳定性已广泛应用于日常生活的众多领域。大多数共价交联聚合物材料在环境条件下使用，其中共价聚合物网络的完整性直接影响聚合物材料的性能和寿命。然而，在交联聚合物中，长期的力扰动是不可避免的，并且通常会导致不可逆的共价键断裂，从而导致交联网络的损坏。这种现象显着削弱了共价交联高分子材料的力学和功能性能，缩短了其使用寿命，甚至给其应用带来了安全隐患。因此，开发具有可逆应力响应性的环境稳定动态共价键将为设计共价交联聚合物的多种力响应功能提供有用的途径。
       我校常冠军教授以三唑啉二酮（TAD）-吲哚加合物作为干态共价交联聚合物中的交联点，使材料能够在使用环境温度下显示实时可逆的应力响应行为。尽管高能TAD-吲哚反应可形成稳定的加合物，但当它们嵌入聚合物网络中并受到外力时可以实时解离，从而抵抗外界力的冲击。作者创新性地发现，新生的TAD在环境温度下与吲哚可以自发地立即重组，无需外界任何刺激，从而允许通过力可逆行为调整聚合物链段构象和维持网络完整性，提升材料的抗破坏能力。这项研究提出的策略代表了一种新型通用的方法来构筑高强韧的共价交联聚合物材料，同时提高了聚合物的力学强度和延展性，进而为设计新一代高性能聚合物材料提供了全新策略。相关工作以“Force–reversible chemical reaction at ambient temperature for designing toughened dynamic covalent polymer networks”为题发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上。

图1. 使用室温力致可逆高强韧聚合物构筑示意图

       材料与化学学院硕士研究生杜孟奇为本文第一作者。该项研究得到国家自然科学基金（21973076、22006122）、国家重大专项基金（GFZX***3.G）、四川省杰出青年人才基金（2021JDJQ0033）、“天府青城计划”人才项目（川青城第987号）的支持。


          文章来源:西南科技大学
       常冠军，男，教授，博士生导师，四川省杰出青年科技人才计划，科技城高层次创新创业人才“涌泉计划”团队负责人，西南科技大学龙山人才支持计划“拔尖人才”。围绕国家重大工程需求，聚焦高分子科学前沿，长期致力于动态键驱动功能高分子的构筑和循环再生等应用基础研究工作。提出了基于配位键和阳离子-π等动态相互作用构筑高强韧、可循环再生热固性树脂的理念，巧妙地利用动态键在外力作用下的实时解离与重构实现了新型高强韧热固性树脂的循环利用。近年来，主持国家自然科学基金3项，省部级和地市级等纵向基金8项。相关成果发表在Advanced Materials, Journal of Materials Chemistry A等国内外权威核心刊物上，SCI收录论文40余篇。授权美国发明专利3项、中国发明专利6项。本研究的开展为新型交联高强韧聚合物的构筑与再生提供了新途径和新设计理念，发展了一类用传统方法难以获得的结构新颖、性能优异、可再生的交联高性能聚合物材料，减少了资源浪费，减轻了环境负担。为国家“节能优先、结构多元、环境友好”的可持续发展战略做出了重要贡献。