一、研究背景

提升高分子材料的韧性是优化其加工和使役性能的关键。然而，高分子材料的硬度和延展性之间的权衡关系限制了体系韧性的提升。在过去的20年，学者们已经尝试了多种方法来提高高分子材料的韧性，其中一种有效的增韧方法是构筑双交联网络，即以强交联维持网络结构，弱交联通过不断地断裂和重整进行能量耗散。但该方法增韧的分子机制鲜有研究。

二、文章简介

为检验该方法的普适性，中国科学院长春应用化学研究所的陈全研究员课题组前期的工作围绕在基于离子键的可逆离聚物网络中，引入不同强度及数量的氢键相互作用，发现合适强度或密度的氢键的引入几乎不会改变体系在准平衡态的末端弛豫速率，但能显著提升体系在非线性拉伸流场下的韧性。

在本研究中，作者在高度缠结、稀疏交联的类玻璃体材料中，引入不同数量的弱氢键进行拉伸性能研究，以期明晰在拉伸流场下网络结构演变与应力响应的耦合机制，揭示体系微观结构与材料宏观非线性拉伸流变行为、加工及使役性能的内在关联。

研究结果显示，氢键交联点的引入限制了链段运动，导致拉伸区域对应的模量随着氢键数量增加由橡胶态过渡至玻璃态。虽然氢键数量增加导致拉伸初始应力增加，但在拉伸过程中氢键通过不断断裂进行能量的耗散，使样品具有高韧性。此外研究发现，当氢键数量较少时，小应变时，通过氢键交联点的解交联进行有效的能量耗散，大应变时，网络的拉伸能力主要取决于缠结网络；当氢键数量较高时，解缔合之间存在强耦合，能量耗散效率下降，导致体系出现缺陷，接近缠结链段拉伸极限时出现宏观断裂。

该成果以“Toughening Vitrimers Based on Dioxaborolane Metathesis through Introducing a Secondary Reversible Interaction”（《通过引入第二种可逆相互作用增韧基于二氧环戊烷复分解反应的类玻璃体材料》）为题，于2024年发表在中国科学院长春应用化学研究所与美国化学会共同出版的期刊Polymer Science & Technology上。

三、论文信息

Toughening Vitrimers Based on Dioxaborolane Metathesis through Introducing a Secondary Reversible Interaction

Huanhuan Yang, Shilong Wu*, Quan Chen*（*通讯作者，中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室）

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/polymscitech.4c00008

四、作者团队
陈全，1981年8月生，中国科学院长春应用化学研究所研究员。本科和硕士毕业于上海交通大学，2011年在日本京都大学取得工学博士学位，2012赴美国宾州州立大学继续博士后深造，2015年回国成立独立课题组；曾获基金委杰出青年基金（2024年）和优秀青年基金（2017年）资助；2019年获得日本流变学会奖励赏(1-2人／年)，2021年获美国流变学会梅茨纳奖(Metzner Award)(全球1人／年); 目前担任长春应化所高分子物理与化学国家重点实验室副主任、中国化学会高分子学科委员会、中国流变学学会专业委员会和高分子材料分析技术与表征方法专业委员会委员、《Macromolecules》、《Journal of Rheology》、《Nihon Reoroji Gakkaishi》和《Chinese Journal of Polymer Science》等杂志编委。