高分子材料前沿研究成果精選【第1期】

本篇匯總將帶大家閱覽近期各類高分子材料的最新研究進展。

1、Adv.Mater.：基于用于近場能量收集電路的高性能共軛聚合物有機二極管整流器

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近日，來自劍橋大學的Henning Sirringhaus（通訊作者）報道了在塑料基板上制造的能夠整流高頻射頻識別信號（13.56 MHz）的有機二極管，具有足夠的功率來操作交互式智能。 將高性能共軛半導體（二烯二噻吩 - 苯并噻二唑共聚物）與精心優化的結構相結合，可以滿足基于有機半導體的邏輯芯片的電氣要求。

文章鏈接：Organic Diode Rectifiers Based on a High-Performance Conjugated Polymer for a Near-Field Energy-Harvesting Circuit (Adv.Mater.,2017, DOI: 10.1002/adma.201703782）

2、Energy Environ. Sci ：基于吲哚的共軛大分子作為超高功率超級電容器的氧化還原介導的電解質

平衡能量密度和功率密度一直是超級電容器成立以來的一個關鍵挑戰。在支持電解質中引入氧化還原活性添加劑可以增加能量密度，然而在該過程中功率密度和循環穩定性受到嚴重阻礙。近日，來自新加坡國立大學的 Xiaolei Huang? 和Junmin Xue（共同通訊作者）報道了一種通過在酸性條件下多巴胺的電化學聚合，制備的由5,6-二羥基吲哚/ 5,6-苯醌吲哚構成的廣泛綴合的吲哚基大分子作為氧化還原活性添加劑。通過利用共軛效應，廣泛共軛吲哚基大分子的HOMO-LUMO間隙（HLG）降低到約2.08 eV，增強了電子轉移動力學，進而提高了氧化還原反應的功率密度和可逆性。當與多孔蜂窩狀碳（PHC）電極耦合時，組裝的超級電容器在1000Ag ^-1下具有205 F g^-1的高比電容的優異的速率性能。該工作報告了以8.8Wh·kg^-1的能量密度可達到的功率密度為153kW^-1的氧化還原介質電解質體系。除了在20 000次充電/放電循環之后，具有97.1％電容保持性的優異的循環穩定性，在工程化氧化還原活性電解質時，必須考慮共軛度，以提高功率密度和穩定性。

文章鏈接：Indole-based conjugated macromolecules as a redox-mediated electrolyte for an ultrahigh power supercapacitor (Energy Environ. Sci ,2017, DOI: 10.1039/C7EE02584J）

3、Nano Lett.：聚合物在低密度雜化納米復合材料的分子規模限制中的合成

近日，來自斯坦福大學的 Reinhold H. Dauskardt（通訊作者）報道了限制誘導的分子合成和產生的橋接機制，以產生密封的聚酰亞胺熱固性納米復合材料。其將分子限制增強的增韌與低密度的高溫性質相結合。描述了一種合成策略，涉及單個聚合物鏈通過納米尺度多孔網絡的滲透，同時酰亞胺化反應增加了分子主鏈剛度。在限制長度尺度遠小于聚合物分子尺寸的極限，限制誘導的分子機制產生了卓越的機械性能。研究人員發現聚酰亞胺低聚物即使在這種分子規模限制下也可能發生交聯反應，增加了有機相的分子量，并通過約束誘導的能量耗散機制使納米復合材料增韌。這項工作表明，限制誘導的分子橋接機制可以擴展到具有多功能性質的熱固性聚合物，其功能包括優異的熱氧化穩定性和高使用溫度（> 350℃）。

文章鏈接：Synthesis of Polyimides in Molecular-Scale Confinement for Low-Density Hybrid Nanocomposites (Nano Lett. ,2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03725）

4、Nature：水凝膠滴在加熱板上的自發跳躍、彈跳

液滴和熱固體表面之間的接觸對于工業過程如熱噴涂和噴霧冷卻是重要的。固體球的接觸和彈跳也是球磨、粉末加工和日常活動如球類運動中遇到的重要事件。近日，來自馬克斯普朗克聚合物研究所的 Hans-Jürgen Butt（通訊作者），使用高速視頻顯微鏡，證明了水凝膠首先在表面上靜止，隨著快速加熱而自發跳躍，并隨著振幅的增加而繼續反彈。跳躍受表面潤濕性、表面溫度、水凝膠彈性和粘合力的控制。低粘附沖擊行為和快速水汽形成的組合支持連續彈跳。結果說明水凝膠的固體和液體特性之間的相互作用的動力學，反映在自發跳躍、彈跳，和極短的接觸時間。

文章鏈接：Spontaneous jumping, bouncing and trampolining of hydrogel drops on a heated plate ?(Nature ,2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01010-8）

5、Nature：通過聚合物電極狀態密度控制的電荷轉移的正常及反向方式

導電聚合物電極由于其固有的機械靈活性、可印刷性、生物相容性和低成本而在下一代生物電子和能量轉換裝置中具有特殊前景。導電聚合物表現出獨特的混合電子離子傳輸性能，使得其能夠實現新型電化學裝置結構，優于無機對應物。然而，研究人員們對關鍵的結構 - 性質關系來控制聚合物/電解質界面的電荷轉移速率方面仍然不甚了解。近日，來自亞利桑那大學的 E. L. Ratcliff（通訊作者），報道了電沉積聚（3-己基噻吩）膜和模型氧化還原活性分子二茂鐵二甲醇之間的電荷轉移的動力學。研究表明聚合物中電子態的潛在依賴性占有與動力學直接相關。速率隨電勢先增后而降（正常和反向動力學方案），這是與無機半導體不同的現象。可以調用這種思路來設計具有對氧化還原活性物質的動力學選擇性的聚合物電極。

文章鏈接：Normal and inverted regimes of charge transfer controlled by density of states at polymer electrodes (Nature ,2017, DOI:10.1038/s41467-017-01264-2）

6、Macromolecules：原子力顯微鏡檢測聚合物結構和性能的進展

在過去30年中，原子力顯微鏡（AFM）在表征聚合物表面的結構和性能方面發揮了重要作用。 基于AFM的技術可以以高空間分辨率和各種條件下定量測定聚合物表面的物理化學性質。加上空間和時間分辨率的改進，多參數和多功能表征揭示了復雜系統表面的結構，動力學和性質之間的微妙相互作用。近日，來自北京化工大學的 王東教授（通訊作者）總結了在過去10年中，AFM在合成聚合物材料中的一些重大進展，提供了一些未來AFM將如何發現和推動新興領域的觀點。

文章鏈接：50th Anniversary Perspective: Advances in Atomic Force Microscopy for Probing Polymer Structure and Properties?(Macromolecules ,2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01459）

7、Macromolecules：向光源彎曲的液晶纖維的光機械運動

近日，來自中國地質大學的張以河和北京大學的于海峰教授（共同通訊作者）報道了在側鏈中使用含有偶氮苯和聯苯基的液晶無規共聚物，通過熱拉伸法可以制造一系列光機械纖維。在溫和條件下交聯后，即使沿著拉伸方向觀察到介晶的均勻取向，這些纖維也顯示遠離光源的光誘導彎曲運動。所得纖維的這種異常光誘導變形與先前報道的關于液晶纖維和薄膜材料的光導運動有很大的不同。這種光機械變形可歸因于偶氮苯部分的光異構化引起的表面體積膨脹。然后對含有不同偶氮苯濃度和交聯密度的纖維的光誘導彎曲行為進行了系統的研究，表明光響應偶氮苯的位置在決定其光機械行為方面起著重要的作用。這提供了通過側鏈或交聯劑中的光活性部分的位置控制光誘導彎曲方向的一種便捷方法。另外，可見光的照射加速了彎曲纖維的回收。這些纖維具有快速響應、大變形和良好的熱穩定性，表明它們有希望應用在智能裝置和能量轉換裝置中。

文章鏈接：Photomechanical Motion of Liquid-Crystalline Fibers Bending Away from a Light Source (Macromolecules ,2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01741）

8、Macromolecules：鹵化物取代的苯乙烯的鈧催化同步特異性聚合及其與苯乙烯的共聚

近日，來自大連理工大學的李楊和日本理化所的侯召民教授（共同通訊作者）報道了鹵化物取代的苯乙烯（XSt）的聚合及其與苯乙烯在半夾心鈧催化劑的共聚合。不含THF的氨基芐基鈧絡合物（C₅Me₄SiMe₃）Sc（CH₂C₆H₄NMe₂-o）₂（2）與1當量的[Ph₃ C] [B（C₆ F₅）₄]組合顯示出高活性，并且與鹵化物取代的聚合出具有優異的間同立構規整度苯乙烯。盡管在芳環上存在吸電子鹵素取代基，但聚合活性達到10⁵g聚合物mol_Sc^-1h^-1，間同立構規整度（rrrr）高達99％。這是具有高活性和高立體選擇性的鹵代苯乙烯的間同立構聚合的第一個實例。此外，XSt與苯乙烯的間同立構共聚也通過該催化劑實現，其提供了相應的具有高分子量的間同立構共聚物和可控量的鹵化苯乙烯單元。相比之下，含THF的三甲基甲硅烷基甲基鈧絡合物（C₅Me₄SiMe₃）Sc（CH₂SiMe₃）₂（THF）（1）對于m-ClSt的聚合顯示出高活性和高間同立構規整性。通過絡合物1也可以得到XSt與苯乙烯的共聚合，但是所得共聚物中的立體選擇性和共聚單體分布順序與使用絡合物2得到的顯著不同。

文章鏈接：Scandium-Catalyzed Syndiospecific Polymerization of Halide-Substituted Styrenes and Their Copolymerization with Styrene(Macromolecules ,2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01668）

本文由材料人編輯部高分子學術組水手供稿，材料牛編輯整理。

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