摘要：共价网络聚合物是一类具有稳固三维结构的高分子材料，因其卓越的机械强度、热稳定性和弹性恢复能力，广泛应用于航空航天、汽车制造和电子器件等领域。与传统的线性或支化聚合物相比，共价网络聚合物具有优异的力学性能和环境耐受性。然而，由于交联网络的持久性，热固性聚合物难以

研究背景

共价网络聚合物是一类具有稳固三维结构的高分子材料，因其卓越的机械强度、热稳定性和弹性恢复能力，广泛应用于航空航天、汽车制造和电子器件等领域。与传统的线性或支化聚合物相比，共价网络聚合物具有优异的力学性能和环境耐受性。然而，由于交联网络的持久性，热固性聚合物难以重新加工和回收，导致材料废弃率上升，加剧了环境污染和碳排放问题。因此，如何在提高聚合物力学性能的同时，增强其可加工性，成为当前高分子材料领域的重要挑战。

成果简介

针对这一问题，东华大学游正伟课题组在Science Advances期刊上发表了题为“Dynamic cross-linked topological network reconciles the longstanding contradictory properties of polymers”的最新论文。

该团队设计了一种化学耦合的四臂动态聚合物交联位点，并通过调控交联密度和动态键含量，实现了力学性能和加工性能的协同优化。具体而言，他们采用二氨基乙二肟（DAG）作为四功能交联剂，与异氰酸酯反应生成动态共价肟-氨基甲酸酯键和脒-脲键，构筑了兼具高交联密度和低加工温度的聚氨酯网络。

研究发现，该材料在室温下表现出卓越的机械性能，而在高温条件下，动态键之间的协同作用显著降低了网络解离能垒，使得聚合物能够快速应力松弛，实现高效重塑。实验结果表明，该材料的储能模量比值（G′max/G′min）在120°C的温度范围内达到153.3，远超所有已报道的交联聚氨酯，展现出优异的软-硬转变能力。这一研究提出了一种结合电子效应与拓扑网络设计的分子策略，为解决高性能聚合物的可加工性问题提供了新的思路，为下一代高分子材料的开发奠定了理论基础。

研究亮点

(1) 本研究首次设计了一种化学耦合的四臂动态聚合物交联位点（DAG），构建了兼具高交联密度和低加工温度的聚合物网络，实现了机械性能与可加工性的同步提升。

(2) 研究通过引入四功能交联剂DAG，使其与异氰酸酯反应，形成含有动态肟-氨基甲酸酯键和动态脒-脲键的三重动态交联网络，显著增强了材料的力学性能。高交联密度网络在室温下表现出优异的机械强度，而在高温条件下，动态脒-脲键对动态肟-氨基甲酸酯键的催化作用加速了网络解离，使材料具备快速应力松弛能力。

(3) 通过流变学测试，实验发现该材料在120°C温度差下的储能模量比值（G′max/G′min）达到153.3，远超所有已报道的交联聚氨酯，表明其具备卓越的软-硬转变能力。

(4) 进一步的结构-性能关系研究表明，该策略突破了传统交联网络中“交联密度增加导致可加工性下降”的限制，实现了交联密度越高、加工温度越低的新型结构-性能关系，为下一代高性能可加工聚合物的设计提供了重要理论支持。

图文解读

图1. DAG-PU弹性体的结构设计，实现可加工性与机械性能的同步提升。

图2. DAG-PU弹性体的结构与力学性能表征。

图3. DAG-PU弹性体的性能测试。

图4. 耦合多重动态键的模型研究。

图5. DAG-PU弹性体的结构-性能关系解析。

结论展望

本研究提出了一种化学耦合四臂动态交联位点的分子设计策略，突破了高交联密度限制聚合物可加工性的传统认知，实现了机械性能与加工性能的协同优化。这一突破不仅深化了对交联网络中动态键作用机制的理解，还提供了一种通过拓扑结构调控材料性能的新路径。

研究表明，多重动态键的合理协同设计能够在提升交联密度的同时，提高材料的应力松弛能力，从而改善加工性能。这一策略不仅提升了弹性体的力学稳定性和耐久性，还赋予材料热触发自修复与形状重塑能力，延长使用寿命，减少环境污染。更重要的是，本研究所构建的结构-性能关系挑战了传统聚合物物理学的范式，为未来智能高分子材料的发展提供了新的理论依据。该研究的思路可进一步拓展至其他高分子体系，为高性能、可持续材料的设计与应用开辟新的方向。

文献信息

Zekai Wu et al. ,Dynamic cross-linked topological network reconciles the longstanding contradictory properties of polymers.Sci. Adv.11,eadt0825(2025).DOI:10.1126/sciadv.adt0825

来源：朱老师讲VASP