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  超分子聚合物由于其可逆單體-聚合物相互轉(zhuǎn)變，賦予了其優(yōu)異的可加工性、可回收性和自愈能力。與傳統(tǒng)聚合物相比，超分子聚合物的單體為科學(xué)家在聚合物鏈結(jié)構(gòu)中添加新型功能單元提供了更多的設(shè)計(jì)空間。近年來，盡管超分子聚合物領(lǐng)域已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但如何從低分子量單體（LMWM）設(shè)計(jì)制備具有和傳統(tǒng)聚合物相媲美的高機(jī)械強(qiáng)度和硬度的超分子聚合物材料仍缺乏有效策略。特別是如何協(xié)同利用各類非共價(jià)作用，有效提高超分子聚合物的力學(xué)性能仍是一個(gè)重大科學(xué)問題。

  鋼筋混凝土是我們生活中最典型的具有高機(jī)械強(qiáng)度和硬度的復(fù)合材料。從結(jié)構(gòu)原理上看，鋼筋混凝土通過加入鋼筋纖維（Fiber）在混凝土基質(zhì)（Matrix）中，從而構(gòu)成的一種組合材料，使之共同作用來改善混凝土的力學(xué)性質(zhì)。受其實(shí)用性的啟發(fā)，人們發(fā)明了纖維增強(qiáng)聚合物（Fiber Reinforced Polymer, FRP）。FRP同樣是融合纖維（如玻璃纖維或碳纖維）Fiber結(jié)構(gòu)，熱固性聚合物（例如環(huán)氧樹脂、乙烯基酯、聚酯、蠟等）為基質(zhì)Matrix, 從而使聚合物具有非常出色的力學(xué)性能。

  因此，反觀超分子聚合物，科學(xué)家們雖已成功發(fā)展出了形式多樣的超分子聚合物纖維結(jié)構(gòu)，但類似于纖維增強(qiáng)超分子聚合物（Fiber Reinforced Spramolecular Polymer, FRSP）的概念卻從未被報(bào)道過。傳統(tǒng)超分子聚合物的設(shè)計(jì)思路多專注于單體設(shè)計(jì)，且集中在溶液相中（in solvent），而對(duì)其基質(zhì)的研究卻鮮有關(guān)注，只是近年來僅有少數(shù)課題組對(duì)其本體性質(zhì)（in Bulk）開始探索。

  最近，西北工業(yè)大學(xué)戚震輝教授團(tuán)隊(duì)的博士生徐強(qiáng)強(qiáng)首次提出了一類纖維增強(qiáng)超分子聚合物FRSP的化學(xué)設(shè)計(jì)。受生活中的鋼筋混凝土和FRP概念啟發(fā)（如圖），他們將蠟（即我們生活中最常見的熱固性物質(zhì)）作為超分子聚合物纖維基質(zhì)（Thermoset as Matrix），并使用低分子量單體 (±)-N, N''-(反式-環(huán)己烷-1,2-二基)雙(辛酰胺) C7提供纖維結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，當(dāng)氫鍵鍵合的超分子聚合物纖維和烷烴基體正十八烷C18或正二十四烷C24混合時(shí)，觀察到了令人驚訝的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)效果，所得的纖維增強(qiáng)超分子聚合物C7+C18的彈性模量（G’）由原先單純C18的10^-4 Pa級(jí)別，提高到10⁵ Pa級(jí)別（提高了近10⁹倍）。而對(duì)于長(zhǎng)烷基鏈的C24，C7+C24體系的的彈性模量G’更是高達(dá)10⁸ Pa。而實(shí)現(xiàn)這一切，卻都由分子量不超過400達(dá)爾頓的LMWM形成。數(shù)據(jù)表明，這些超分子聚合物的機(jī)械性能高度依賴于烷烴的熱固性，長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴基質(zhì)顯著提高了LMWM的機(jī)械性能，與材料科學(xué)中的FRP機(jī)制非常相似，由此產(chǎn)生的纖維增強(qiáng)超分子聚合物表現(xiàn)出異常高的彈性模量，這在傳統(tǒng)的超分子聚合物設(shè)計(jì)策略中是前所實(shí)現(xiàn)的。纖維增強(qiáng)超分子聚合物的概念不僅為開發(fā)先進(jìn)的超分子聚合物提供了一種新的思路，同時(shí)也為聚合物家族增添了新的成員。可以期待的是未來該策略為功能性超分子聚合物涂層的制造和相關(guān)構(gòu)效關(guān)系研究提供了新的設(shè)計(jì)靈感。

  相關(guān)工作以“Mechanically strong and stiff supramolecular polymers enabled by fiber reinforced long-chain alkane matrix”為題，發(fā)表在Journal of Polymer Science （DOI: 10.1002/pol.20210454）上。西北工業(yè)大學(xué)碩士生呂萍為第一作者，博士生徐強(qiáng)強(qiáng)共同通訊作者。該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中國(guó)航空科學(xué)基金會(huì)、四川大學(xué)高分子材料工程師國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目、國(guó)家中央高校基礎(chǔ)業(yè)務(wù)費(fèi)和留學(xué)基金委創(chuàng)新型人才培養(yǎng)項(xiàng)目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/pol.20210454