高分子材料前沿研究成果精选【第1期】

尚志者王 6年前 (2018-04-30) 8475浏览

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、Adv. Funct. Mater.：用于肩袖修复的功能性分级骨和腱状聚氨酯

近日，斯坦福大学的Dai Fei Elmer Ker和Yunzhi Peter Yang（共同通讯）等人开发了基于quadrol（Q），六亚甲基二异氰酸酯（H）和甲基丙烯酸酐（M; QHM聚合物）的UV可交联聚氨酯，其不含溶剂、催化剂和光引发剂。机械表征研究表明，QHM聚合物具有可光调节的骨和腱样拉伸及压缩性能（12-74 MPa拉伸强度，0.6-2.7GPa 拉伸模量，58-121 MPa压缩强度和1.5-3.0 GPa压缩模量），还具备承受10 000次生理拉伸载荷循环的能力，并可以通过刚度梯度降低应力集中。生物物理化学研究表明，QHM聚合物具有对肩袖修复稳定性至关重要的临床有利属性，包括缓慢的降解特征（8周后5-30％质量损失），几乎没有细胞毒性，以及主动拉伸特性和良好的生物相容性，可用于增强大鼠冈体内的肌腱修复。

文章链接：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％伸长率的基里格米激发的纳米聚合物导电片

近日，美国纽约州立大学的Shenqiang Ren（通讯作者）等人结合纳米结构和应变工程，以显著提高独立式聚合物导体（PthTFB）的性能，由纳米导电聚合物聚（3-丁基噻吩-2,5-二基）（P3BT）纳米线和聚[（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）基质制备了具有高导电性的可拉伸独立聚合物纳米片。无序P3BT纳米线的高度链折叠有利于在拉伸时拥有大的自由体积，用于P3BT链运动。所获得的独立纳米导电聚合物纳米片展现出高拉伸性和高电导率以及稳健的循环稳定性。基于基里格米激发的纳米聚合物纳米片可以拉伸高达2000％的应变，而不影响电荷迁移迁移率。该纳米片的电气和机械性能使得发光二极管（LED）具有可拉伸、可折叠以及可扭曲的性质。

文章链接：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复合材料：制备、结构、性能和应用

氧化石墨烯广泛与各种聚合物复合使用，而几层或多层高度结晶的石墨烯研究较少，这两者在此均被称为石墨烯片。近日，南澳大学的Jun Ma（通讯作者）等人把焦点集于石墨烯片的制造方法 - 嵌入和剥离 - 以相对质量规模的工作。由于不涉及重氧化，所以片层具有高结晶完整性，例如C/O比超过8.0，厚度为2-4 nm，横向尺寸高达几微米。通过仔细选择用于分散的溶剂和用于表面改性的分子，石墨烯薄片可以液体可加工成型，使得它们能够印刷、涂覆或与各种聚合物复合。该研究旨在解开合理的超声时间对片层厚度的影响，提供了石墨烯片及其聚合物复合材料的局限性、当前挑战和未来前景的展望。

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

4、Macromolecules：焓增强的Janus纳米片用于捕获不混溶聚合物共混物的非平衡形态

由于皮克林效应和两侧不同润湿性的共存，Janus颗粒有望在液/液界面自组装。近日，青岛滚球体育大学的贺爱华教授（通讯作者）等人合成了Janus纳米片并评估了其通过界面自组装捕获非平衡形态的能力。Janus纳米片通过在二氧化硅纳米片的两侧选择性接枝聚合物链——聚苯乙烯（PS）或聚异戊二烯（PI）而合成。选择性接枝法赋予纳米片两种不同的可湿性，使其成为PS / PI界面自组装的理想选择。纳米片的界面干扰在聚合物共混物的相分离过程中捕获了中间非平衡形态。与其他Janus材料相比，由于其二维结构，Janus纳米片具有更高的界面活性并且更有效地降低了系统的自由能。仅需要2 wt％的Janus纳米片就可以打破阈值并达到阻塞状态。Janus纳米片容易放大并且在聚合物材料中具有作为增容剂的潜力。

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

5、Nat. Commun.：硅和玻璃非常大规模的微流体液滴集成，用于聚合物微粒的超规模生成

微流控芯片可产生乳液，其可用于合成与通过常规技术制备的颗粒相比具有优异药理学性能的聚合物微粒。然而，微流体生产率低仍然是成功将实验室发现转化为商业制造的挑战。近日，宾夕法尼亚大学的Sagar Yadavali和David Issadore（共同通讯）等人提供了一种硅和玻璃器件，它集成了10,260（285×36）个微流体液滴发生器阵列，仅使用一组进样口和出口，与单个发生器的微流体相比，产量提高了> 10,000倍。该研究通过集成高纵横比流量电阻器，打破了发生器数量和单个发生器最大吞吐量之间的差异。

文章链接：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.:聚合物在金属 - 有机框架（MOF上的CAP）上的连续组装：30 nm厚的聚合物气体分离膜

近日，墨尔本大学的Paul A. Webley和Greg G. Qiao（共同通讯）等人开发了一种自下而上的方法，在粗糙的微尺度MOF层上制造超薄（〜30 nm）、连续且无缺陷的聚合物膜。这种MOF聚合物结构具有很好的CO2/ N2分离性能，CO2渗透> 3000 GPU，CO2/ N2选择性为34。与其他公开文献报道的膜相比，该膜具有最佳的CO2/ N2分离性能。

文章链接：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.:氟化芳基磺酰亚胺（FAST）：用于电池应用的模块化合成和结构 - 性质关系

固态电解质由于安全和稳定，在高容量储能技术应用中受到广泛关注。双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂（LiTFSI）由于其溶解性和优异的化学和电化学稳定性而被广泛用作锂离子源，特别是在固态聚合物电解质中。但是，化学惰性的LiTFSI不易改性以优化其性质或允许与其他分子、聚合物或基质缀合以制备单离子导电聚合物电解质。近日，麻省理工学院的Jeremiah A. Johnson和Yang Shao-Horn（共同通讯）介绍了氟化芳基磺酰亚胺标记（FAST）盐，它是从连续的亲核芳香取代（SNAr）反应中衍生出来的。实验研究和密度泛函理论计算评估了FAST盐的电化学氧化稳定性、化学稳定性和离子解离度。FAST盐为访问功能性磺酰亚胺提供了一个平台，而不会牺牲TFSI的许多有利性能。

文章链接：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 ：基于高性价比的热塑性聚合物纳米纤维膜的柔性摩擦纳米发生器，用于高抗湿度身体运动能量采集

近日，东华大学的肖茹教授（通讯作者）提出了一种基于成本效益的热塑性聚合物纳米纤维膜的摩擦纳米发电机（TENG），通过熔融共混挤出法制造，与服装具有良好的相容性，可用于收获人体运动产生的低频机械能。在存在改性、原位化学氧化聚合和容易浸涂的情况下，所制备的TENG表现出优异的耐湿性。通过周期性运动触发，可用于商业电容器充电和200多个绿色LED的器件，在引入聚苯胺之后显示出2.06W/m2的高输出功率密度。所获得的装置清除身体运动能量的实用性已被成功证明。特别是以手工打孔为例，开路电压和短路电流分别达到340.8 V和73.7 μA。

文章链接：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 ：多酚结合淀粉样纤维自组装成具有抗菌活性的可逆水凝胶

具有可逆连接性的适应性水凝胶网络已经成为生物医学应用的有前途的平台。已经显示合成共聚物和低分子量凝胶剂（LMWG）通过由自互补疏水相互作用和氢键引起的分子的自组装形成可逆水凝胶。近日，苏黎世联邦理工大学的Peter Fischer和Raffaele Mezzenga（共同通讯）受贻贝分泌的粘附蛋白的启发，发现将表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）等天然多酚添加到存在于向列相中的淀粉样原纤维中，通过自组装超分子可以成功地驱动水凝胶的形成。水凝胶在偏振光下显示双折射，表明向列相取向保留在凝胶相中。随着孵育时间和多酚和原纤维之间的分子比率，原纤维浓度和pH的增加，凝胶硬度增强。水凝胶剪切变薄，热稳定性从25到90°C，没有任何相变。三羟基的完整性，EGCG中的没食子酸酯部分和多酚的疏水性决定了与淀粉样原纤维的相互作用以及随后的水凝胶的性质。由溶菌酶和肽聚糖产生的EGCG结合淀粉样原纤维保留了该酶的主要结合功能，诱导了革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细菌聚集和固定化。此外，溶菌酶淀粉样蛋白原纤维水凝胶的抗菌机理是通过膜分解开始的。结合对这些杂合超分子证实的对人结肠上皮细胞缺乏细胞毒性，研究人员提出了在生物医学应用中抗多种药物耐药性细菌的潜在作用，例如针对与小肠感染相关的疾病。

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

10、Adv. Mater.：水性聚氨酯的设计与合成

水性聚氨酯（WBPUs）由于其多功能特性和环保性质而在各种工业应用中引起越来越多的关注。尽管已经对WBPU合成进行了广泛的研究，但一些关键合成组分的作用仍不清楚。近日，麻省理工学院的Robert Lange和Soo‐Young Kang（共同通讯）等人通过系统地控制和微调前体组成和反应条件，合成了300多个WBPU。这项研究使得管理WBPU物理化学性质的几个关键组分的角色以及最终确定潜在的WBPU应用成为可能。以头发造型为例，证明只有具有最佳性能范围（例如，杨氏模量> 150MPa，断裂伸长率：15-300％，吸湿率<10％）的WBPU才能实现强烈的造型性能。为了进一步改善最终定型产品的天然感觉感官效果，将许多具有不同碳链长度或不饱和度的脂肪酸并入WBPU中。在研究的十种脂肪酸中，亚油酸被确定为最优选的添加剂。体外和体内测试表明，具有最佳性能的WBPUs是用于开发具有自然感觉的强度高、持久性好的最有前景的造型产品材料。
文章链接： Design and Synthesis of Waterborne Polyurethanes(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201706237)
本文由材料人编辑部高分子学术组水手供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。
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