高分子材料前沿研究成果精选【第2期】
本篇汇总将带大家阅览近期各类高分子材料的最新研究进展。
1、ACS Nano：使用细胞膜包被的纳米海绵作为构建块的自组装胶体凝胶
近日，加州大学圣地亚哥分校的张良方（通讯作者）等人展示了使用细胞膜涂覆的纳米粒子作为构建块的胶体凝胶，其完全基于材料自组装而无化学交联凝胶化。具体制备红血球膜包被的纳米海绵，并将其与适量的阳离子纳米颗粒混合，导致自发形成的凝胶状复合物。流变测试表明，纳米海绵胶体凝胶具有明显的剪切稀化性能，使其成为注射剂。凝胶制剂不仅保留了纳米海绵的毒素中和能力，而且大大延长了皮下注射到小鼠组织中的保留时间。当在皮下组A链球菌感染的小鼠模型中测试时，纳米海绵状胶体凝胶通过显着减少皮肤病变发展显示显着的抗菌功效。
文章链接：Self-Assembled Colloidal Gel Using Cell Membrane-Coated Nanosponges as Building Blocks(ACSNano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b06968)
2、Adv. Funct. Mater.：共轭聚合物混合物中的高塞贝克系数
近日，林雪平大学的martijn.kemerink（通讯作者）等人通过合理设计态密度（DOS），在保持掺杂有机半导体掺杂物的合理电导率的同时，证明了获得高电子塞贝克系数的通用方法。将具有最浅占据分子轨道（HOMO）水平 - 聚（3-己基噻吩）（P3HT）的聚合物半导体与具有更深HOMO（PTB7，TQ1）的材料混合以形成P3HTx：B1-x0≤x≤1）即由F4TCNQ掺杂的p型。对于B = PTB7，在x = 0.10时实现了电导率σ= 0.3Sm-1的塞贝克系数S =1100μVK-1，而对于B = TQ1，S =2000μVK-1和σ= 0.03Sm-1在x = 0.05时实现。基于实验参数的动力学Monte Carlo模拟与实验结果吻合良好，证实了预期的机理。仿真用于推导参数调整的设计规则。这些结果可能与低功率、低成本的应用（例如向自治传感器提供电力）相关，其中高塞贝克系数直接转化为热发电机中比例减少的支路数量，因此降低了制造成本和复杂性。
文章链接：High Seebeck Coefficient in Mixtures of Conjugated Polymers(Adv. Funct. Mater., 2017, DOI:)
3、Adv. Funct. Mater.：空间配置与结构约束的皱纹图案和多尺度表面演变
弹性不稳定性（例如起皱和折痕）可以实现方便的策略，以将可逆的图案形貌赋予表面。近日，诺桑比亚大学的Ben Bin Xu和剑桥大学的John Sime0n Biggins（共同通讯作者）等人介绍了经典的柔软基底上集中硬层系统的方法。这种方式是在适度的单轴压缩下产生平行谐波褶皱，在高压下重复，最终演变成深度折叠和折痕。通过引入微米尺度的平面布拉维点阵空间来对衬底进行图案化，这些不稳定性被引导到各种不同的图案中，包括平行带和星形带的起皱，并从根本上降低阈值压缩。通过考虑一个简单的平面应变模型来模拟基板变形，通过刚性表面层上的褶皱来修饰实验模式和阈值。实验还显示了在适度压缩下的局部皱褶转变，产生具有不同代不稳定性的等级表面。通过改变几何输入，可以控制表面形态的逐步演变。这些结果证明了对表面弹性不稳定性的模式和阈值的相当大的控制，并且与变形表面的许多新兴应用（包括可穿戴/柔性电子器件、生物医学系统和光学器件）有关。
文章链接：Spatially Configuring Wrinkle Pattern and Multiscale Surface Evolution with Structural Confinement(Adv. Funct. Mater., 2017, DOI:)
4、Adv. Funct. Mater.：一种具有成骨和抗菌特性的多功能聚合物牙周膜
牙周炎是影响人类牙齿支持组织的普遍的慢性破坏性炎症疾病。引导组织再生策略通常通过使用牙周膜被广泛用于牙周组织再生。这些膜的主要作用是建立一个机械屏障，防止牙龈上皮的顶端迁移，从而允许牙周膜和骨组织的生长选择性重新填充根表面。近日，内布拉斯加州立大学的Ail Tamayol和加利福尼亚大学的Alirezamoshaverinia（共同通讯作者）等人开发了一种含有氧化锌（ZnO）纳米粒子的骨传导性，抗菌性和柔韧性的聚（己内酯）（PCL）复合膜。通过PCL和ZnO颗粒的静电纺丝来制造膜。详细研究了工程膜的物理性能，力学性能和体外降解性能。此外，分析了所开发的膜的骨传导性和抗菌性。用大鼠牙周缺陷模型评估膜的功能，结果证实工程膜具有骨传导性和抗菌性，在牙周组织工程中具有巨大潜力。
文章链接：A Multifunctional Polymeric Periodontal Membrane with Osteogenic and Antibacterial Characteristics(Adv. Funct. Mater., 2017, DOI:)
5、Adv. Funct. Mater.：基于电纺聚偏氟乙烯 - 银纳米线复合纳米纤维的高性能摩擦电化学纳米发生器
近日，成均馆大学的Jeong Ho Cho、Sang-Woo Kim和Hyeon-Jin Shin（共同通讯作者）等人描述了用于高性能摩擦纳米发电机（TENG）的铁电聚合物 - 金属纳米线复合纳米纤维摩擦电层的制备。电纺聚偏二氟乙烯（PVDF） - 银纳米线（AgNW）复合材料和尼龙纳米纤维在TENG中分别用作顶部和底部的摩擦电层。静电纺丝过程有利于聚合物链的单轴拉伸，这增强了形成PVDF的最极性结晶相的高取向晶体β相的形成。通过引入纳米线的表面电荷和PVDF链的偶极之间的静电相互作用，AgNW的添加进一步促进了β相晶体形成。使用X射线衍射（XRD）和开尔文（Kelvin）探针力显微镜技术，系统地分析加入纳米线后β-相形成的程度和表面电荷电位的变化。捕获诱导的摩擦电荷的能力在将纳米线添加到PVDF基质上时增加。PVDF-AgNW复合纳米纤维增强的表面电荷电位和电荷捕捉能力显著提高了TENG输出性能。最后，静电纺丝纳米纤维的机械稳定性以及通过在PVDF的熔融温度附近进行热焊接保持TENG的性能显著增强。
文章链接：High-Performance Triboelectric Nanogenerators Based on Electrospun Polyvinylidene Fluoride–Silver Nanowire Composite Nanofibers(Adv. Funct. Mater., 2017, DOI:)
6、Adv. Mater.：含有离子液体的无机/有机双网凝胶
近日，神户大学的Hideto Matuyama（通讯作者）等人制备了由无机/有机互穿网络和大量离子液体（ILs）组成的高度稳定的离子凝胶（称为双网络（DN）离子凝胶）。具有80 wt％IL含量的DN离子凝胶显示出非常高的机械强度：超过28 MPa的压缩断裂应力。在DN离子凝胶制备中，在IL中形成了物理键合的二氧化硅纳米粒子的脆性无机网络和聚二甲基丙烯酰胺（PDMAAm）的延性有机网络。由于无机/有机网络的不同反应机理，DN离子凝胶可以通过简单且可自由变形的一锅法合成来形成。它们可以通过不仅通过多步骤而且通过单步骤处理来操纵无机和有机网络的形成顺序而以可控方式进行制备。当二氧化硅颗粒在PDMAAm网络形成之前形成网络时，可以制备DN离子凝胶。DN离子凝胶中的脆性二氧化硅粒子网络作为牺牲键，在加载时容易断裂耗散能量，韧性PDMAAm网络通过橡胶弹性保持材料的形状。考虑到二氧化硅颗粒之间的可逆物理键合，DN离子凝胶通过退火表现出明显的恢复能力。
文章链接：Inorganic/Organic Double-Network Gels Containing Ionic Liquids(Adv. Mater., 2017, DOI:)
7、Adv. Mater.：在室温下具有优异韧性和快速自愈性的透明弹性体
自愈合聚合物最重要的性能是在室温下高效回收并延长耐久性。但是，这两个特点是矛盾的，难以同时进行优化。近日，滚球体育 大学（UST）的Jeyoung Park 、Dongyeop X.Oh和Sung Yeon Hwang（共同通讯作者）等人开发了具有高拉伸强度和韧性（分别为6.8 MPa和26.9MJ m-3）的透明且易加工的热塑性聚氨酯（TPU）。这种TPU优于已报道的当代室温自凝材料，并且通过由硬段嵌入的芳族二硫化物在2小时内快速地愈合。将TPU薄膜切成两半并复原后，在2小时内机械性能恢复到原始样品的75％以上。具有不对称脂环结构的硬链段比具有对称脂环族、线性脂肪族和芳香族结构的那些聚合物更有效。流变学和表面研究所示，不对称结构为嵌入芳族二硫化物提供了最佳复分解效率，同时保持了TPU显著的机械性能。室温下自动修复TPU膜上的划痕检测电传感器的演示表明，该膜在可穿戴电子工业中具有潜在的应用。
文章链接：Superior Toughness and Fast Self-Healing at Room Temperature Engineered by Transparent Elastomers(Adv. Mater., 2017, DOI:)
8、Macromolecules：从电纺聚合物核-壳纤维到聚合物半球和球：两种类型的转化过程和线性撕裂膜
电纺聚合物核 - 壳纤维由于其在电子器件，药物输送和组织工程等领域的有前景的应用而受到关注。然而，聚合物核 - 壳纤维的形态转变却很少被研究。近日，台湾交通大学的Jiun-Tai Chen（通讯作者）等人研究了热退火对电纺聚苯乙烯（PS）/聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）核 - 壳纤维在PMMA膜上形态转变的影响。发现了两种类型的转换过程。在第一种类型的转变过程（类型I）中，PS核心在退火过程之后转变为半球形粒子；在第二种类型的转变过程（类型II）中，PS核在退火过程之后转变成球形颗粒。根据两种不同类型的转换过程的预测，半球形和球形PS域的测量尺寸分为两个分类区域。还观察到，两种不同类型的转变过程的波动幅度的增长率是相似的，但是类型I光纤在后期退火时间开始比II型光纤起伏。当PS粒子被选择性地去除时，具有线性排列空腔的PMMA膜被用于撕裂实验，这证明了研究含腔膜的机械性能的潜力的概念证明。
文章链接：From Electrospun Polymer Core–Shell Fibers to Polymer Hemispheres and Spheres: Two Types of Transformation Processes and Tearing Films with Linearly(Macromolecules, 2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01916)
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