最新刊期
      2022 年 第 53 卷 第 11 期

        综述

      • 宫祥瑞,蒋滢
        2022, 53(11): 1287-1300. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22094
        摘要：机器学习对高分子材料基因组的研究与发展有着重要作用.它通过对高分子材料结构描述符的设计与筛选、材料数据库的完善以及聚合物分子结构标识符的发展等方法，有效地构建分子链的化学组成、构象与其聚集态结构、宏观性能之间的联系.本文梳理了近几年机器学习方法在高分子材料科学领域的研究进展，总结了一些常用机器学习算法的应用与研究成果，同时，也针对算法所需的数据量较大等问题，特别指出了应对数据量较少或是数据成本昂贵时的解决方案.根据当前研究进展，整理了机器学习方法在高分子材料科学领域中应用的难题与挑战.  
        关键词：高分子材料基因组;机器学习;结构与性能关系;目标性能预测与优化;多目标优化   
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        发布时间：2024-10-08
      • 王泽钜,绳新如,李光锋,颜徐州,黄飞鹤
        2022, 53(11): 1301-1315. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22130
        摘要：编织聚合物是高分子科学与传统编织相结合的产物. 同普通聚合物材料相比，编织的经纬线程赋予了编织聚合物材料独特的网络拓扑以及丰富的力学性能. 但是，编织聚合物作为一类新兴的高分子材料，其在结构调控、性能探究以及应用拓展方面仍需进一步发展. 因此，本文从分子结出发，详细介绍了小分子打结的发展对于构建编织聚合物的推动作用；随后，总结了现有晶态编织聚合物以及柔性编织聚合物的构筑方法、性能研究以及相关的应用尝试；最后，指出了编织聚合物在当前发展阶段所面临的关键问题与挑战. 以期通过本文的概述，为推动编织聚合物领域的快速发展提供参考，也为新型功能高分子材料的研发提供新思路.  
        关键词：编织聚合物，分子结，编织框架材料，机械适应性，拓扑网络   
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        发布时间：2024-10-08
      • 范庆瑞,毛俊强,王健君
        2022, 53(11): 1316-1323. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22156
        摘要：生命系统通过精确地调控组装过程，根据实际需求将有限的原料组装成具有不同聚集结构的材料，极大地丰富了材料的形式与功能. 对分子组装的热力学环境与动力学聚集速率进行独立且精确地调控，是组装得到各种功能材料的关键. 本文简单介绍了本课题组利用溶剂重结晶策略，通过控制重结晶的温度及温度变化率在精确控制溶剂分子组装过程方面的研究进展.  
        关键词：分子自组装;溶剂重结晶;组装过程   
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        发布时间：2024-10-08

        研究论文

      • 黄鑫,庞馨蕾,秦朗,俞燕蕾
        2022, 53(11): 1324-1331. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22103
        摘要：将分别含有偶氮苯和苯甲酸苯酯的2种液晶单体与伯胺进行迈克尔加成反应，得到分子量可控的主链型液晶低聚物. 利用先熔融提拉、后自由基聚合的方法将低聚物制备成交联液晶高分子纤维. 液晶单体与伯胺之间的扩链反应有效地降低了高分子网络的交联密度，进而降低纤维的玻璃化转变温度. 同时，这种先拉伸、再聚合的方式将纤维的取向与交联过程分开，保证了纤维中的液晶基元沿拉伸方向呈规整排列. 因此，取向后的交联液晶高分子纤维可在室温下实现可逆光致弯曲形变，其最大弯曲角度接近60°，且弯曲方向可以通过改变光照方向进行调控. 这种形变幅度大、方向可控的主链型交联液晶高分子纤维有望推动光响应柔性执行器等领域的发展.  
        关键词：液晶高分子;光致形变;偶氮苯;纤维   
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        发布时间：2024-10-08
      • 张家驹,侯承宇,李婷,蒋杰,东为富
        2022, 53(11): 1332-1340. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22076
        摘要：针对甲壳素光子晶体材料无法呈现可视化颜色的问题，设计构筑了一种具有向列型结构的甲壳素液晶薄膜材料. 该液晶薄膜材料由羧基化甲壳素纳米晶体(T-ChNC)通过羧基基团间的静电排斥作用和空间位阻作用在水相中自组装形成的向列型液晶干燥而成. 在自然光下，液晶薄膜表现高透明度，而由于高度取向排列的结构对光具有干涉作用，正交偏光镜下的薄膜呈现鲜亮的蓝色. T-ChNC表面羧基基团的密度显著影响T-ChNC在水相中的静电作用范围，进而影响薄膜中T-ChNC的取向度，当羧基含量高于0.6 mmol/g且T-ChNC分散液的浓度高于5%时，干燥的T-ChNC液晶薄膜可表现均匀的颜色. 实验表明，强亲水性的T-ChNC薄膜对湿度和溶剂具有敏感的响应性，在高湿度环境中发生润胀并转变颜色，在不同浓度乙醇溶液中表现不同的颜色变化. 与传统的甲壳素手性光子晶体材料相比，向列型T-ChNC液晶薄膜具有肉眼可见的颜色且色彩可设计调控，在生物光学防伪和加密材料方面具有广阔的应用前景.  
        关键词：甲壳素纳米晶体;自组装;向列取向;液晶材料   
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        发布时间：2024-10-08
      • 孙苗莘,闫显文,王鑫,乔文强,王植源
        2022, 53(11): 1341-1348. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22086
        摘要：通过在吡咯并吡咯二酮(DPP)中引入热可脱去的叔丁氧羰基(Boc)基团，合成了一种新型的给-受体共轭聚合物P1. 聚合物P1的溶解性研究表明，其在常见的有机溶剂(如四氢呋喃、甲苯、氯仿等)中均具有良好的溶解性，可进行溶液加工. 热失重及红外光谱研究表明，P1可在适当的温度下退火实现Boc基团的脱除，形成不可溶聚合物P2. 聚合物P1薄膜的最大吸收波长为829 nm，最高占据分子轨道(HOMO)能级与最低未占分子轨道(LUMO)能级分别为-5.25和-3.62 eV，将其作为活性层制备的光电探测器最大归一化探测率为8.20×1011 Jones. 聚合物P2薄膜的最大吸收波长为771 nm，HOMO能级与LUMO能级分别为-5.30和-3.54 eV，将其作为空穴传输层制备的光电探测器暗电流密度为3.84×10-9 A/cm2，最大归一化探测率为3.96×1012 Jones. 研究结果为共轭聚合物分子的结构设计与光电探测器性能的改善提供了新的思路.  
        关键词：叔丁氧羰基(Boc);共轭聚合物;溶解性;热退火;光电探测器   
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        发布时间：2024-10-08
      • 陈心怡,李瑀,封伟
        2022, 53(11): 1349-1357. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22091
        摘要：设计合成了一种以降冰片烯为骨架的基于两性离子的自修复聚合物电解质(SHPE). 聚合物中含有聚乙二醇(PEO)和两性离子2种组分. 其中PEO组分为聚合物提供良好的锂离子传输能力，而两性离子通过离子耦合作用实现自修复. 通过调控两组分的比例，并混入锂盐和离子液体得到一系列SHPE，研究了不同组分对SHPE的电化学性能影响. 电解质在室温下的电导率最高达到7.42×10-5 S·cm-1，该电解质切断后，在60 ℃下，10 h便可恢复91.4%的拉伸强度. 将制备出的电解质组装成锂金属电池，在60 ℃下，以0.2 C的倍率进行充放电测试，其初始放电容量为133.7 mAh·g-1，在50圈循环之后，电池仍能保持124.3 mAh·g-1的比容量. 电解质在被切割破坏后组装的电池，经8 h的自修复后仍能正常运转，在50圈循环之后保持123.2 mAh·g-1的比容量.  
        关键词：聚合物电解质;自修复;聚乙二醇;两性离子;开环易位聚合   
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      • 王海龙,单驿轩,鲍雨,崔树勋
        2022, 53(11): 1358-1364. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22092
        摘要：分子量是聚电解质的重要参数，然而目前测量聚电解质分子量的方法均存在一定的局限性. 本文提出了一种利用基于原子力显微镜的单分子力谱(SMFS)技术测量聚电解质分子量(链长)的新方法. 以窄分布的聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)为研究对象，利用SMFS技术测量了其在高真空和水环境中的分子链长度. 实验结果表明PSSNa在水中的链长统计结果明显大于在高真空中的统计结果. PSSNa是强聚电解质，在水环境中将会电离，使其在水中的构象比在高真空中更为舒展. 分子链上对应于针尖抓取点与基底吸附点的位置之间的距离相对较远. 因此PSSNa在水中得到的力-距离(F-E)曲线有更长的表观轮廓长度. 在水环境中获得的平均链长与蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟结果接近. 研究结果表明对于较为刚性的聚电解质，当其构象较为伸展时(如PSSNa在稀溶液中)，通过SMFS方法可估算其分子链平均长度.  
        关键词：聚电解质;分子链长度;单分子力谱;聚苯乙烯磺酸钠   
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      • 周庆海,贾凡,曹瀚,刘顺杰,王献红,王佛松
        2022, 53(11): 1365-1371. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22097
        摘要：二氧化碳共聚物的分子结构调控有助于改善其物化性能，尤其是对深受低玻璃化温度困扰的二氧化碳(CO2)-环氧丙烷(PO)共聚物(PPC). 引入氧化环己烯(CHO)为第三单体进行三元共聚是提高PPC耐温性能的重要途径，但是三元共聚反应过程复杂，其动力学研究还处于探索阶段. 本文以均相的卟啉铝配合物为催化剂，利用Fineman-Ross方程和在线红外光谱研究CO2/PO/CHO的三元共聚反应. 实验发现较低共聚温度(60~70 ℃)下PO与CHO的单体竞聚率均小于1，因此通过调整单体投料比即可制备出无规共聚物，进而调整三元共聚物的热力学性能. 当共聚温度高于70 ℃时，CHO竞聚率大幅提高，更容易生成嵌段共聚物. 在线红外反应动力学研究表明，此催化体系70 ℃即使在极低黏度下依然可以快速引发聚合反应，但聚合温度提高后，环状碳酸酯生成量会大幅提升，可明显观察到聚合物的解拉链反应.  
        关键词：二氧化碳共聚合;动力学;竞聚率;卟啉铝   
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        发布时间：2024-10-08
      • 许锐,梁振杰,方雅俊,张丽玮,黄哲钢
        2022, 53(11): 1372-1378. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22081
        摘要：快速吸附和有效分离是去除污染物的关键技术. 其中，均相吸附剂能与吸附质充分碰撞，在快速吸附方面具备一定优势，但难以从介质中有效去除. 非均相吸附剂容易从体系中分离，但与污染物的作用力较弱，容易引起二次污染. 为此，基于V形两亲性嵌段共聚物的动态组装，构筑了可以实现均相和非均相吸附功能的超分子多孔吸附剂. 120°折叠的芳香性嵌段通过自组装形成疏水性空腔捕获有机污染物，骨架外围的聚乙二醇嵌段具有良好的亲水效应，可助溶多孔吸附剂，使多孔材料具有均相吸附的特征，60 min内实现对双酚A和炔雌醇的高效吸附，其吸附容量分别达到126.5和95.4 mg/g. 受到聚乙二醇的最低临界溶解温度(LCST)效应影响，升温使均相吸附剂转化为非均相吸附剂，促使多孔材料和水相的分离，易于从水体中去除. 基于超分子多孔吸附剂的温度响应行为，在室温下对水污染物进行高效吸附，通过升温实现了与水环境的有效分离，多次吸附—解吸循环实验表明移除效率能够维持在84%以上. 这种结合均相吸附和非均相吸附优势的构筑方法，为净化水体提供了一种新的方案.  
        关键词：超分子自组装;相转变;多孔材料;吸附   
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        发布时间：2024-10-08
      • 王玉杰,聂慧芳,王国锋,黄淼铭,刘浩,刘文涛
        2022, 53(11): 1379-1387. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22083
        摘要：嵌段分布是影响聚氨酯(PU)性能的关键因素之一，而探明嵌段分布对具有环形结构硬段PU性能的影响是开发高性能PU的关键. 在控制硬段含量相似的条件下，分别以不同分子量的聚己内酯二元醇(PCL-diol)作为软段，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和1,4-丁二醇(BDO)为硬段，合成出一系列具有不同嵌段分布的IPDI型PU. 通过傅里叶变换红外光谱仪、超导核磁共振仪和X射线衍射仪表征不同分子量PCL-diol和不同嵌段分布IPDI型PU的化学结构. 使用偏光显微镜、3D超景深显微镜和原子力显微镜观察了IPDI型PU的结晶形态，并通过示差扫描量热仪分析其结晶行为. 此外，通过力学性能测试及样条拉伸断裂前后的形状回复探究了IPDI型PU的拉伸性能. 结果表明：IPDI型PU中仅存在软段的晶体，且随着嵌段分布的集中，即软段分子量的提高，形成的球晶尺寸增加，PU中软段的结晶能力随之提高. 不同嵌段分布的IPDI型PU具有相似的应力-应变曲线，拉伸性能相接近，但越分散的硬段其空间位阻效应越强，导致软段的取向结晶越困难，拉伸应变难以被固定，因此表现出更加优异的弹性.  
        关键词：聚氨酯;嵌段分布;结晶行为;弹性性能   
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      • 欧华林,张宝庆,刘琛阳
        2022, 53(11): 1388-1398. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22110
        摘要：通过RAFT聚合制备了一系列窄分子量分布的聚(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷)(PTEPM)-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)嵌段共聚物和PTEPM、PMMA低聚物. 将具有不同PMMA分子量的2种PTEPM-b-PMMA共聚物与低聚物PMMA或PTEPM进行共组装(微相分离)，形成片、柱、球等不同PTEPM相区结构. 采用盐酸气氛处理，PTEPM相区水解交联形成倍半硅氧烷SiO1.5内核，分离纯化得到聚合物长短刷接枝纳米粒子.使用这种相分离-交联-分散制备方法，调节嵌段共聚物分子结构和三组分比例，可实现聚合物接枝纳米粒子内核形状和尺寸、接枝密度、长短刷比例、长刷长度的精确调控. 这些纳米粒子是研究聚合物纳米复合材料结构-性能关系的理想模型体系.  
        关键词：嵌段共聚物;聚合物接枝纳米粒子;二氧化硅;双分布刷   
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      • 李明钊,祝良海,陈锋,吴强,上官勇刚,郑强
        2022, 53(11): 1399-1408. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22107
        摘要：制备了含原位聚合物核壳粒子的聚丙烯/乙丙橡胶/高密度聚乙烯(PP/EPR/HDPE)共混物，并通过动态流变方法对其熔体结构稳定性进行了研究. 动态时间扫描结果表明，PP/EPR/HDPE共混物具有较好的热稳定性. 动态频率扫描结果表明，当EPR含量较低时，共混物中聚合物核壳粒子分散相的存在导致体系的长时松弛行为更加显著. 当熔体结构在大应变下遭到破坏后，含核壳粒子分散相的共混物具有比普通PP/EPR共混物更快的结构回复速率，且结构回复速率随着核壳粒子的尺寸增大而加快. 通过增大普通PP/EPR体系的EPR含量使其橡胶粒子尺寸与三元共混物中原位聚合物核壳粒子尺寸接近时，两者呈现类似的流变行为，这表明PP/EPR/HDPE体系的熔体结构稳定性源于核壳粒子结构导致的分散相尺寸增大的作用.  
        关键词：聚合物核壳粒子;聚丙烯共混物;流变行为   
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      • 吕仪,高欢,潘莉
        2022, 53(11): 1409-1420. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22141
        摘要：以二甲基吡啶胺铪/[Ph3C][B(C6F5)4]/AliBu3为催化体系，通过一锅两步法在温和条件下制备了一系列高分子量、窄分子量分布且具有高等规度的等规聚丙烯(iPP，硬段)与丙烯-1,3-丁二烯(1,3-BD)无规共聚物(软段)的嵌段共聚物. 通过高温核磁(1H-NMR、13C-NMR)、高温凝胶渗透色谱(GPC)、示差扫描量热法(DSC)、动态力学分析(DMA)和拉伸力学性能测试，对所制备嵌段聚合物的结构和性能进行了分析表征. 结果表明，1,3-BD以1,2-和trans-1,4-2种方式无规插入共聚物分子链中，且以trans-1,4-插入方式为主；共聚物具有较高的熔融温度(Tm约为158 ℃)和极低的玻璃化转变温度(Tg可达-70 ℃). 独特的软-硬结构赋予材料优异的力学性能：共聚物同时具有较高的拉伸强度(≥33 MPa)和断裂伸长率(最高为800%). 以上研究结果表明，通过调节软硬段的结构，可以高效制备兼具高刚性与高韧性的iPP嵌段共聚物，结合的丙烯与1,3-BD无规共聚物软段是对全同PP进行增韧改性非常有效的手段.  
        关键词：丙烯;1;3-丁二烯;配位共聚合;嵌段共聚物;增韧改性   
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