論文題目：Force-Reversible and Energetic Indole-Mg-Indole Cation-π Interaction for Designing Toughened and Multifunctional High-Performance Thermosets

論文作者：楊莉  李憶程  杜孟奇  朱芳華  常冠軍

獲獎等次：第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會優(yōu)秀論文一等獎

在高端制造輕量化領(lǐng)域，高性能聚合物是不可或缺的關(guān)鍵材料，然而高端環(huán)氧樹脂制備卻是公認(rèn)的“卡脖子”技術(shù)。傳統(tǒng)環(huán)氧材料一般具有較高力學(xué)強(qiáng)度，但同時(shí)存在易老化、脆性大、抗開裂性能差等問題。

如何平衡聚合物材料強(qiáng)度和韌性之間的矛盾？西南科技大學(xué)常冠軍教授團(tuán)隊(duì)的研究成果“Force-Reversible and Energetic Indole-Mg-Indole Cation-π Interaction for Designing Toughened and Multifunctional High-Performance Thermosets”（《力致可逆高能陽離子-π作用構(gòu)筑高強(qiáng)韌、多功能熱固性樹脂》）給出了獨(dú)具創(chuàng)新性的答案。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials上，也獲得了第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會優(yōu)秀論文一等獎。

常冠軍（中）指導(dǎo)學(xué)生    

長期探索

構(gòu)建交聯(lián)方法新理念

“團(tuán)隊(duì)從很早前就一直專注于攻克‘聚合物材料強(qiáng)度和韌性之間的矛盾’這一關(guān)鍵科學(xué)難題。”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、西南科技大學(xué)教授常冠軍表示，團(tuán)隊(duì)早期研究是在聚合物體系中引入氫鍵、配位等非共價(jià)交聯(lián)作用，但是該方法僅適用于柔性的彈性體和凝膠體系，“剛性聚合物材料在受到拉伸過程中，非共價(jià)鍵斷裂后重構(gòu)變得很困難。”

經(jīng)過大量探討與實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)開拓性地設(shè)計(jì)了一種力致可逆高能陽離子-π交聯(lián)方法，為構(gòu)筑新一代熱固性樹脂提供了全新的設(shè)計(jì)方法和理念。

那么，這種交聯(lián)方法“新”在哪里？“在該交聯(lián)模式下，當(dāng)材料受到外力變形時(shí)，不僅可以保證聚合物網(wǎng)絡(luò)的完整性，而且還可以做到最大程度的能量耗散。”常冠軍介紹，力致可逆高能陽離子-π交聯(lián)方法的介入，從宏觀上表現(xiàn)為聚合物材料強(qiáng)度和韌性同時(shí)提高，規(guī)避了剛性骨架聚合物強(qiáng)度和韌性之間的矛盾。

不僅如此，常冠軍表示，研究還實(shí)現(xiàn)了聚合物的可回收再生，解決了當(dāng)下聚合物難以降解造成的環(huán)境污染，為我國的“雙碳計(jì)劃”做出貢獻(xiàn)。

反復(fù)試驗(yàn)

用辛勤付出煉就新成果

天道酬勤。談及研究過程，論文第一作者、西南科技大學(xué)副教授楊莉感觸頗深。

最初為了找到成膜的最佳工藝條件，團(tuán)隊(duì)在篩選最佳離子種類、離子配比時(shí)，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，但薄膜的力學(xué)強(qiáng)度都不如人意。于是團(tuán)隊(duì)成員通宵達(dá)旦做研究，用理論計(jì)算驗(yàn)證產(chǎn)生陽離子-π作用的最佳離子半徑，直到成功篩出鎂離子。

在研究后期，驗(yàn)證聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的斷鍵試驗(yàn)也令她印象深刻，團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)探索薄膜拉伸斷裂行為，不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及薄膜力學(xué)性能測試，每周七天基本無休，實(shí)驗(yàn)室直到凌晨都燈火通明。“研究的完成離不開團(tuán)隊(duì)成員的共同努力，是從大家的汗水中收獲的豐碩果實(shí)。”楊莉感慨道。

優(yōu)勢突出

應(yīng)用前景廣闊

作為一種高端新型材料，大家最關(guān)心的還是應(yīng)用前景，因?yàn)樗碇@種材料所能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。

近年來，熱固性樹脂材料被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、航天航空、能源、電子等領(lǐng)域，但是在使用過程中，由于熱、機(jī)械、化學(xué)腐蝕等因素的影響，不可避免地會產(chǎn)生局部損傷和微裂紋。

而在力致可逆高能陽離子-π交聯(lián)方法作用下構(gòu)筑的高端環(huán)氧樹脂，集高強(qiáng)韌、可回收、自修復(fù)、自預(yù)警、自粘接等多種功能于一體，有望在不同背景下實(shí)現(xiàn)材料的智能應(yīng)用。“不僅能提升聚合物的使用壽命，還降低了材料的使用成本。”常冠軍表示，該材料應(yīng)用前景廣闊。如艦船用防腐涂料，其在海洋鹽霧環(huán)境下會表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。“當(dāng)聚合物涂層受到破壞時(shí)，材料自身熒光的明顯改變可實(shí)現(xiàn)破壞缺陷的可視化自預(yù)警。”更為神奇的是，材料還可通過海水中鎂離子的鹽溶液實(shí)現(xiàn)聚合物涂層的實(shí)時(shí)自修復(fù)。

此外，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高端環(huán)氧樹脂材料質(zhì)量輕，強(qiáng)度卻與鋼鐵材料相當(dāng)，可實(shí)現(xiàn)汽車領(lǐng)域部分器件“以塑代鋼”，進(jìn)一步推動輕量化進(jìn)程。

攻堅(jiān)克難

用科技創(chuàng)新服務(wù)國家和人民

常冠軍透露，圍繞該項(xiàng)研究成果，團(tuán)隊(duì)近期成功構(gòu)筑了一類力致可逆三唑啉二酮-吲哚的共價(jià)交聯(lián)高強(qiáng)韌聚合物，并在頂級期刊Natural Communications發(fā)表了論文。“基于以上成果，目前團(tuán)隊(duì)正在探索構(gòu)建一種抗沖擊塑料，該塑料在受到?jīng)_擊時(shí)，可短暫變?yōu)橄鹉z態(tài)，保護(hù)材料免于被破壞，而在沖擊結(jié)束后，又可恢復(fù)為塑料狀態(tài)。”常冠軍介紹，團(tuán)隊(duì)將以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步開發(fā)新型高強(qiáng)韌、長壽命熱固性高性能聚合物樹脂。

而對“力致可逆高能陽離子-π作用構(gòu)筑高強(qiáng)韌、多功能熱固性樹脂”獲得第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會優(yōu)秀論文一等獎，常冠軍表示十分榮幸，也期望與更多同行在該領(lǐng)域進(jìn)一步切磋交流。

“我將帶領(lǐng)‘動態(tài)鍵驅(qū)動功能高分子材料’團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展動態(tài)鍵驅(qū)動高分子聚合物的研究，瞄準(zhǔn)科技前沿，不斷攻克難題，為我國高端制造貢獻(xiàn)力量。”常冠軍說。