北海道大学龚剑萍教授《Macromolecules》最新综述：力化学按需设计高分子网络材料

高分子科技 · 化学 · 2 周前

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当代高分子网络材料，如水凝胶和弹性体，不仅需要优异的机械性能，还需要在使用过程中或使用后具备调整性以应对各种不同应用场景。高分子力化学，通过机械力触发聚合物内的化学反应，近年来引起极大关注。高分子力化学不仅可以用于研究高分子材料中的基础机理，更可调整材料的力学性能，并实现各种力响应功能，如力致增强，力控降解等，为材料设计提供新思路。然而，作为一种高度涉及化学、材料、力学等多学科交叉策略，仍面临许多挑战与问题。

鉴于高分子力化学设计材料的极大潜力，北海道大学龚剑萍教授和王志健博士发表观点性文章，概述了力化学按需设计高分子材料的策略。文章首先回顾了不同激活模式的力活性单元（mechanophores）如何影响单链的拉伸行为，从而改变高分子网络整体的微观断裂路径和宏观机械性能。在此基础上，讨论了力引发的化学键断裂如何触发化学反应，自适应地调整高分子结构与机械性能，实现力响应功能化。文章基于双网络凝胶的力化学反应体系，详细讨论了包括键断裂与后续力化学反应的动力学特性、变形效应，宏观力的时空分布等影响因素对材料设计的影响。最后，文章展望了高分子力化学在按需开发功能化高分子网络材料方面的挑战与机遇，并提出了一种未来愿景：开发类似“干细胞”概念的“干材料”，即能够通过力诱导“生长”或“分化”成各种功能性材料的创新体系。

高分子力化学按需设计高分子网络材料策略图

含不同力活性单元单链的拉伸行为

力化学赋予双网络凝胶自增强与塑形

龚剑萍教授团队近年来深入高分子力化学领域，结合自身在材料学方面的研究特长，取得了一系列突破性成果。从2019年首次发现双网络凝胶的自生长现象（Science, 2019, 363, 504）开始，团队陆续提出了力致表面修饰（Nat. Commun., 2022, 13, 6213）和力致生长塑形（PNAS, 2024, 121, e2402587121）等多种新颖的力响应功能。此外，团队还通过引入低激活力敏团，实现了高效且高选择性的力化学反应（JACS, 2022, 144, 3154；JACS, 2024, 146, 13336），显著提升了力化学反应的速率。这些研究为高分子力化学的发展注入了全新的活力，也为高分子材料领域带来了新的设计思路和应用前景。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02293

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