做高性能材料难在哪？新策略是啥？有啥用？

摘要：大家好！今天一起来了解可打印纠缠聚合物多网络，它在很多领域都有应用。但以前想做出高性能的这类材料可不容易，现在有了新办法，叫共引发体系双机制策略，这到底是啥 “神仙操作”？快跟我一探究竟！

大家好！今天一起来了解可打印纠缠聚合物多网络，它在很多领域都有应用。但以前想做出高性能的这类材料可不容易，现在有了新办法，叫共引发体系双机制策略，这到底是啥 “神仙操作”？快跟我一探究竟！

*本文只做阅读笔记分享*

一、聚合物纠缠的重要性与难题

聚合物纠缠在天然和合成材料里都超关键，它能让 DNA 螺旋更稳、蛋白质折叠结构更完整，还能增强橡胶、塑料这些材料的机械性能。受此启发，人们研发出很多纠缠聚合物系统，应用在修复骨头、制造感应装置等方面。

不过从化学角度看，要让聚合物材料有高纠缠度，得满足长链、强相互作用和温和条件这些要求。之前的方法，像直接加高分子量聚合物、引入特殊结构，都有兼容性、溶解性这些问题，用单引发剂或双引发剂原位合成的方法也有局限，所以开发新策略迫在眉睫。

二、共引发体系双机制过程（CISDM）

CISDM，它利用过硫酸盐引发剂在热和光引发聚合中的不同机制。先把含有丙烯酰胺单体、明胶、海藻酸钠等的前驱体低温放置，过硫酸盐慢慢分解产生硫酸根自由基，引发乙烯基单体聚合形成短聚合物自由基。

接着光照，过硫酸盐和钌络合物发生氧化还原反应，硫酸根自由基让剩余单体继续聚合，延长聚合物链，同时钌络合物引发明胶的酚偶联反应，形成强韧的多网络结构。

和传统加高分子量聚合物、共引发体系单机制（CISSM）比，CISDM 制备的材料机械强度、可印刷性和纠缠度都更厉害，能承受 50g 重量，打印分辨率还高，CISSM 就弱一些，只能承受 20g。

三、聚合物链与纠缠的关系

从流变学表征看，CISDM 制备的 PAAm 溶液在一定剪切速率下黏度能保持平稳，之后才大幅下降，CISSM 制备的就不行。这是因为 CISDM 引发剂自由基浓度低，形成的聚合物链长，纠缠度高，CISSM 则相反。

从单体转化和分子量表征也能发现，CISDM 先低温热引发，再光引发，能合成高分子量聚合物，CISSM 就只能得到低分子量的。而且 CISDM 制备的聚合物在低频下损耗角正切值高，说明它的纠缠结构更稳定，这种策略对多种单体都适用。

四、PEPMNs 水凝胶的机械性能

CISDM 不仅能形成长链，还能构建多网络。用它制备的 l-PEPMN 水凝胶和 CISSM 制备的 s-PEPMN 水凝胶比，机械性能强太多了。降低初始热引发温度、延长储存时间，l-PEPMN 的韧性、最大应变和杨氏模量能提高近三倍。l-PEPMN 抗撕裂、抗疲劳能力强，应力松弛时间短，蠕变应变小，拉伸后恢复快，这些都得益于它的高纠缠度。通过应力-应变分析也能看出，l-PEPMN 的纠缠因子高，和其他添加物比，它的机械性能优势明显。

五、纠缠与化学环境的相互影响

化学环境对聚合物纠缠和机械性能影响也很大。像乙二醇、尿素这些添加剂，浓度增加会削弱聚合物和水的相互作用，减少 l-PC 纠缠，降低水凝胶机械强度。温度升高也会破坏非共价相互作用，减少纠缠。不过化学交联能增强机械稳定性，l-PEPMN 的高纠缠让它的活化能只有 s-PEPMN 的三十分之一，说明它对化学环境更敏感。