高分子材料前沿研究成果精選【第1期】

尚志者王 5年前 (2018-04-30) 8007瀏覽

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. Funct. Mater.：用于肩袖修復的功能性分級骨和腱狀聚氨酯

近日，斯坦福大學的Dai Fei Elmer Ker 和 Yunzhi Peter Yang（共同通訊）等人開發了基于quadrol（Q），六亞甲基二異氰酸酯（H）和甲基丙烯酸酐（M; QHM聚合物）的UV可交聯聚氨酯，其不含溶劑、催化劑和光引發劑。機械表征研究表明，QHM聚合物具有可光調節的骨和腱樣拉伸及壓縮性能（12-74 MPa拉伸強度，0.6-2.7GPa 拉伸模量，58-121 MPa壓縮強度和1.5-3.0 GPa壓縮模量），還具備承受10 000次生理拉伸載荷循環的能力，并可以通過剛度梯度降低應力集中。生物物理化學研究表明，QHM聚合物具有對肩袖修復穩定性至關重要的臨床有利屬性，包括緩慢的降解特征（8周后5-30％質量損失），幾乎沒有細胞毒性，以及主動拉伸特性和良好的生物相容性，可用于增強大鼠岡體內的肌腱修復。

文章鏈接：Functionally Graded, Bone‐ and Tendon‐Like Polyurethane for Rotator Cuff Repair (Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201707107)

2、Adv. Mater.：具有2000％伸長率的基里格米激發的納米聚合物導電片

近日，美國紐約州立大學的Shenqiang Ren （通訊作者）等人結合納米結構和應變工程，以顯著提高獨立式聚合物導體（PthTFB）的性能，由納米導電聚合物聚（3-丁基噻吩-2,5-二基）（P3BT）納米線和聚[ （9,9-二辛基芴基-2,7-二基）-co-（4,4' - （N-（4-仲丁基苯基）二苯基胺）]（TFB）基質制備了具有高導電性的可拉伸獨立聚合物納米片。無序P3BT納米線的高度鏈折疊有利于在拉伸時擁有大的自由體積，用于P3BT鏈運動。所獲得的獨立納米導電聚合物納米片展現出高拉伸性和高電導率以及穩健的循環穩定性。基于基里格米激發的納米聚合物納米片可以拉伸高達2000％的應變，而不影響電荷遷移遷移率。 該納米片的電氣和機械性能使得發光二極管（LED）具有可拉伸、可折疊以及可扭曲的性質。

文章鏈接：Kirigami‐Inspired Nanoconfined Polymer Conducting Nanosheets with 2000% Stretchability (Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201706390)

3、Adv. Funct. Mater.：石墨烯片及其聚合物復合材料：制備、結構、性能和應用

氧化石墨烯廣泛與各種聚合物復合使用，而幾層或多層高度結晶的石墨烯研究較少，這兩者在此均被稱為石墨烯片。近日，南澳大學的Jun Ma（通訊作者）等人把焦點集于石墨烯片的制造方法 - 嵌入和剝離 - 以相對質量規模的工作。由于不涉及重氧化，所以片層具有高結晶完整性，例如C/O比超過8.0，厚度為2-4 nm，橫向尺寸高達幾微米。通過仔細選擇用于分散的溶劑和用于表面改性的分子，石墨烯薄片可以液體可加工成型，使得它們能夠印刷、涂覆或與各種聚合物復合。該研究旨在解開合理的超聲時間對片層厚度的影響，提供了石墨烯片及其聚合物復合材料的局限性、當前挑戰和未來前景的展望。

文章鏈接：Graphene Platelets and Their Polymer Composites: Fabrication, Structure, Properties, and Applications (Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201706705)

4、Macromolecules：焓增強的Janus納米片用于捕獲不混溶聚合物共混物的非平衡形態

由于皮克林效應和兩側不同潤濕性的共存，Janus顆粒有望在液/液界面自組裝。近日，青島科技大學的賀愛華教授（通訊作者）等人合成了Janus納米片并評估了其通過界面自組裝捕獲非平衡形態的能力。 Janus納米片通過在二氧化硅納米片的兩側選擇性接枝聚合物鏈——聚苯乙烯（PS）或聚異戊二烯（PI）而合成。選擇性接枝法賦予納米片兩種不同的可濕性，使其成為PS / PI界面自組裝的理想選擇。納米片的界面干擾在聚合物共混物的相分離過程中捕獲了中間非平衡形態。與其他Janus材料相比，由于其二維結構，Janus納米片具有更高的界面活性并且更有效地降低了系統的自由能。僅需要2 wt％的Janus納米片就可以打破閾值并達到阻塞狀態。 Janus納米片容易放大并且在聚合物材料中具有作為增容劑的潛力。

文章鏈接：Enthalpy-Enhanced Janus Nanosheets for Trapping Nonequilibrium Morphology of Immiscible Polymer Blends (Macromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00039)

5、Nat. Commun.：硅和玻璃非常大規模的微流體液滴集成，用于聚合物微粒的超規模生成

微流控芯片可產生乳液，其可用于合成與通過常規技術制備的顆粒相比具有優異藥理學性能的聚合物微粒。然而，微流體生產率低仍然是成功將實驗室發現轉化為商業制造的挑戰。近日，賓夕法尼亞大學的Sagar Yadavali和David Issadore（共同通訊）等人提供了一種硅和玻璃器件，它集成了10,260（285×36）個微流體液滴發生器陣列，僅使用一組進樣口和出口，與單個發生器的微流體相比，產量提高了> 10,000倍。該研究通過集成高縱橫比流量電阻器，打破了發生器數量和單個發生器最大吞吐量之間的差異。

文章鏈接：Silicon and glass very large scale microfluidic droplet integration for terascale generation of polymer microparticles （Nat. Commun.，2018, DOI:10.1038/s41467-018-03515-2）

6、Energ. Environ.Sci.: 聚合物在金屬 - 有機框架（MOF上的CAP）上的連續組裝：30 nm厚的聚合物氣體分離膜

近日，墨爾本大學的?Paul A. Webley和 Greg G. Qiao（共同通訊）等人開發了一種自下而上的方法，在粗糙的微尺度MOF層上制造超薄（?30 nm）、連續且無缺陷的聚合物膜。 這種MOF聚合物結構具有很好的CO2 / N2分離性能，CO2滲透> 3000 GPU，CO2 / N2選擇性為34。與其他公開文獻報道的膜相比，該膜具有最佳的CO2 / N2分離性能。

文章鏈接：Continuous assembly of a polymer on a metal–organic framework (CAP on MOF): a 30 nm thick polymeric gas separation membrane （Energ. Environ.Sci.，2018, DOI: 10.1039/C7EE02820B）

7、Energ. Environ.Sci.: 氟化芳基磺酰亞胺（FAST）：用于電池應用的模塊化合成和結構 - 性質關系
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固態電解質由于安全和穩定，在高容量儲能技術應用中受到廣泛關注。雙（三氟甲磺酰基）酰亞胺鋰（LiTFSI）由于其溶解性和優異的化學和電化學穩定性而被廣泛用作鋰離子源，特別是在固態聚合物電解質中。但是，化學惰性的LiTFSI不易改性以優化其性質或允許與其他分子、聚合物或基質綴合以制備單離子導電聚合物電解質。 近日，麻省理工學院的 Jeremiah A. Johnson和 Yang Shao-Horn（共同通訊）介紹了氟化芳基磺酰亞胺標記（FAST）鹽，它是從連續的親核芳香取代（SNAr）反應中衍生出來的。實驗研究和密度泛函理論計算評估了FAST鹽的電化學氧化穩定性、化學穩定性和離子解離度。 FAST鹽為訪問功能性磺酰亞胺提供了一個平臺，而不會犧牲TFSI的許多有利性能。

文章鏈接：Fluorinated Aryl Sulfonimide Tagged (FAST) salts: modular synthesis and structure–property relationships for battery applications（Energ. Environ.Sci.，2018, DOI: 10.1039/C7EE03509H）

8、Nano energy ：基于高性價比的熱塑性聚合物納米纖維膜的柔性摩擦納米發生器，用于高抗濕度身體運動能量采集

近日，東華大學的肖茹教授（通訊作者）提出了一種基于成本效益的熱塑性聚合物納米纖維膜的摩擦納米發電機（TENG），通過熔融共混擠出法制造，與服裝具有良好的相容性，可用于收獲人體運動產生的低頻機械能。在存在改性、原位化學氧化聚合和容易浸涂的情況下，所制備的TENG表現出優異的耐濕性。通過周期性運動觸發，可用于商業電容器充電和200多個綠色LED的器件，在引入聚苯胺之后顯示出2.06W/m2的高輸出功率密度。所獲得的裝置清除身體運動能量的實用性已被成功證明。特別是以手工打孔為例，開路電壓和短路電流分別達到340.8 V和73.7 μA。

文章鏈接：Flexible triboelectric nanogenerator based on cost-effective thermoplastic polymeric nanofiber membranes for body-motion energy harvesting with high humidity-resistance（Nano energy，2018, DOI:10.1016/j.nanoen.2018.03.031）

9、ACS nano ：多酚結合淀粉樣纖維自組裝成具有抗菌活性的可逆水凝膠

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具有可逆連接性的適應性水凝膠網絡已經成為生物醫學應用的有前途的平臺。已經顯示合成共聚物和低分子量凝膠劑（LMWG）通過由自互補疏水相互作用和氫鍵引起的分子的自組裝形成可逆水凝膠。近日，蘇黎世聯邦理工大學的Peter Fischer和Raffaele Mezzenga（共同通訊）受貽貝分泌的粘附蛋白的啟發，發現將表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）等天然多酚添加到存在于向列相中的淀粉樣原纖維中，通過自組裝超分子可以成功地驅動水凝膠的形成。水凝膠在偏振光下顯示雙折射，表明向列相取向保留在凝膠相中。隨著孵育時間和多酚和原纖維之間的分子比率，原纖維濃度和pH的增加，凝膠硬度增強。水凝膠剪切變薄，熱穩定性從25到90°C，沒有任何相變。三羥基的完整性，EGCG中的沒食子酸酯部分和多酚的疏水性決定了與淀粉樣原纖維的相互作用以及隨后的水凝膠的性質。由溶菌酶和肽聚糖產生的EGCG結合淀粉樣原纖維保留了該酶的主要結合功能，誘導了革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細菌聚集和固定化。此外，溶菌酶淀粉樣蛋白原纖維水凝膠的抗菌機理是通過膜分解開始的。結合對這些雜合超分子證實的對人結腸上皮細胞缺乏細胞毒性，研究人員提出了在生物醫學應用中抗多種藥物耐藥性細菌的潛在作用，例如針對與小腸感染相關的疾病。

文章鏈接: Polyphenol-Binding Amyloid Fibrils Self-Assemble into Reversible Hydrogels with Antibacterial Activity（ACS Nano，2018, DOI:10.1021/acsnano.7b08969）

10、Adv. Mater.：水性聚氨酯的設計與合成

水性聚氨酯（WBPUs）由于其多功能特性和環保性質而在各種工業應用中引起越來越多的關注。盡管已經對WBPU合成進行了廣泛的研究，但一些關鍵合成組分的作用仍不清楚。近日，麻省理工學院的Robert Lange和Soo‐Young Kang（共同通訊）等人通過系統地控制和微調前體組成和反應條件，合成了300多個WBPU。這項研究使得管理WBPU物理化學性質的幾個關鍵組分的角色以及最終確定潛在的WBPU應用成為可能。以頭發造型為例，證明只有具有最佳性能范圍（例如，楊氏模量> 150MPa，斷裂伸長率：15-300％，吸濕率<10％）的WBPU才能實現強烈的造型性能。為了進一步改善最終定型產品的天然感覺感官效果，將許多具有不同碳鏈長度或不飽和度的脂肪酸并入WBPU中。在研究的十種脂肪酸中，亞油酸被確定為最優選的添加劑。體外和體內測試表明，具有最佳性能的WBPUs是用于開發具有自然感覺的強度高、持久性好的最有前景的造型產品材料。
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文章鏈接：Design and Synthesis of Waterborne Polyurethanes (Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201706237)
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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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