科研人員構建“分子阻塞”超分子機制高阻尼凝膠材料

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近年來，凝膠材料因其靈活可調的力學特性和豐富的功能，受到了各領域研究者的極大關注。然而，凝膠材料往往因溶劑的遷移而具有較低的穩定性，容易溶脹或干燥變形，已經成為制約凝膠材料深入應用的瓶頸難題。盡管已經開發了多種策略來提高凝膠的穩定性，然而，從熱力學角度來看，如果凝膠中溶劑的含量偏離了聚合物的平衡溶脹狀態，溶劑將不可避免的發生遷移。因此，若要準確控制凝膠中的溶劑含量，保持高穩定性，需要有效抑制溶劑遷移的動力學過程。

基于“分子阻塞”超分子機制的有機凝膠構建思路。（論文課題組供圖）

機械互鎖作用通過分子結構中的幾何關系將不同的分子連接起來，這使得非共價連接的分子，能夠保持穩定的聚集狀態。西安交通大學化學學院“智能高分子”團隊吳宥伸副教授和張彥峰教授，從機械互鎖超分子原理中汲取靈感，提出了“分子阻塞”超分子機制，利用溶劑分子與交聯網狀結構之間的尺寸差異帶來的阻滯，有效抑制溶劑在凝膠內的遷移。

通過設計和合成分子尺寸超過1.4 nm的液態支鏈檸檬酸酯(branched citrate ester, BCE)，并將這種大體積分子作為溶劑與交聯聚脲原位聚合，制備獲得系列新型“分子阻塞”凝膠。“分子阻塞”凝膠具有與普通聚合物或彈性體相媲美的卓越穩定性，可儲存10個月而無任何形貌或力學性能改變，并能耐受高溫烘烤，保持質量和性能的穩定。特別是“分子阻塞”凝膠的楊氏模量能夠在1.3 GPa至30 kPa的大范圍內連續調控，變化幅度達到創紀錄的43000倍，有效覆蓋了現有交聯樹脂、塑料、彈性體和凝膠的范圍。

同時，“分子阻塞”效應作為一種非共價耗散機制，賦予了凝膠材料獨特的粘彈性力學特性，使其具有高阻尼，達到和超過了商業化的聚氨酯和聚脲材料。

上述研究成果，近期發表于《先進材料》，西安交通大學化學學院為第一單位，西安交通大學生命學院為合作單位。論文第一作者為化學學院吳宥伸副教授，論文通訊作者為化學學院副院長張彥峰教授。這一研究受到了國家自然科學基金和西安交通大學分析測試中心的支持。