最新刊期
      2025年第56卷第2期

        专论

      • 田富成, 冀家乐, 陈树昱, 李良彬
        2025, 56(2): 179-199. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24224
        摘要：软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用. 了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点. 本文介绍了作者在断裂相场模型方面所做的一些工作，主要关注软材料的大变形断裂相场建模、算法实施以及应用. 在有限变形理论框架下，作者发展一种新的混合多场断裂相场模型，用于模拟近不可压缩软材料的大变形断裂. 从物理裂纹拓扑的角度清楚阐述了不可压缩性与扩散裂纹张开之间的内在矛盾. 为了解决这个问题，该模型利用相场退化函数放松了损伤材料的不可压缩性约束，而不影响完好材料的不可压缩性. 通过修改经典的摄动拉格朗日乘子方法，导出了用于近不可压缩大变形断裂问题的新型多场混合变分格式. 虽然该混合格式切实有效，但通常需要采用满足inf-sup条件的混合有限元(FE)配置，这进一步加剧了本已昂贵的相场断裂建模的计算负担. 为了能够使用具有数值优势的低阶线性单元，作者采用压力投影技术开发了一种稳定的混合公式. 该公式的优点在于其简单性和多功能性，允许对所有场变量采用低阶单元离散. 考虑到这一特性，作者进一步设计了一种高效的自适应网格划分策略，从而大幅提高了计算效率. 为了更好地应对涉及裂纹成核的自适应场景，提出了一种新的基于能量的网格细化判据. 此外，本文也完整阐述了稳定混合有限元公式的数值处理，以及自适应网格细化，删除技术的核心操作. 所提出的格式的准确性、效率和稳健性已经通过一系列具有代表性的数值案例得到了充分的验证.  
        关键词：相场模型;软材料;大变形断裂;复杂裂纹;不可压缩约束   
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        发布时间：2025-01-24

        综述

      • 赵亚琪, 孙玉洁, 俞丙然, 徐福建
        2025, 56(2): 200-214. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24242
        摘要：不可降解的阳离子聚合物会在体内累积，会对人类健康造成潜在危害，限制了阳离子聚合物的应用. 因此，开发生物相容性高、可降解性能好的阳离子聚合物材料具有重要意义. 开环反应是获得可降解阳离子聚合物的方法之一，使阳离子聚合物具有更好的可降解性能及生物安全性. 本文主要介绍了3种基于开环反应的可降解阳离子聚合物的构建策略，包括“一锅法”多胺基多环氧的开环反应、N-羧基环内酸酐(NCA)开环聚合和双硫交换反应，不同的构建策略制备出具有独特结构的可降解阳离子聚合物，包括支化阳离子聚合物、多肽阳离子聚合物、聚二硫化物，不同的结构赋予了可降解阳离子聚合物更高的性能. 此外，对高性能可降解阳离子聚合物在核酸递送、抗菌等方面的生物应用进行了总结.  
        关键词：阳离子聚合物;开环反应;可降解;递送载体;抗菌材料   
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        发布时间：2025-01-24
      • 田丰, 黄翰闻, 田方浩, 赵国伟, 汪长春
        2025, 56(2): 215-231. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24210
        摘要：光子晶体是通过不同折光指数的物质在空间中周期性排列来实现对光的选择性反射，从而产生结构色. 胶体光子晶体因其构筑单元易于制备，成本低廉和应用广泛而备受关注. 本文综述了胶体光子晶体的组装技术及其应用的最新进展和面临的挑战. 胶体光子晶体的组装主要采用自下而上法，包括基于物理力场的组装(如重力、离心力、电/磁场诱导组装)和流体动力学的组装(如毛细管力、剪切诱导组装). 特别地，剪切诱导组装法因其在快速制备大尺寸光子晶体膜方面的潜力而受到关注. 此外，还分析了不同组装技术的优缺点，并讨论了胶体光子晶体在传感器、防伪和信息显示等主要应用场景中的应用潜力及面临的机遇和挑战. 最后，对光子晶体组装技术的发展趋势进行了展望，以期推动光子晶体材料的进一步发展和应用.  
        关键词：光子晶体;单分散微球;结构色;分子介导;剪切诱导组装   
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        发布时间：2025-01-24

        研究论文

      • 杜晔奇, 刘心妍, 胡锦博, 段然龙, 刘焱龙, 边新超, 陈学思
        2025, 56(2): 232-241. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24165
        摘要：非对称交酯合成效率低，开环聚合(ROP)产物分子量小，因此很少有研究报道聚非对称交酯的流变行为与力学性能. 本研究采用N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)作为缚酸剂，通过均相反应体系高效合成了多种非对称交酯，经ROP得到数均分子量70 kg/mol的聚非对称交酯；并对聚合物的化学结构、热学性能、流变行为和力学性能进行了表征. 热学测试和力学性能测试结果表明5种聚酯材料均为非晶聚合物，在单体结构中引入高支化度饱和烷烃取代基和芳香族取代基可以提高聚合物玻璃化转变温度，而聚合物侧链的低支化度饱和烷烃取代基会降低其玻璃化转变温度并提高断裂伸长率. 流变测试结果表明，不同取代基的聚非对称交酯的零切黏度均低于聚乳酸，并且聚合物的缠结分子量受取代基影响. 本研究为聚酯材料结构设计与性能调控提供了有益参考.  
        关键词：聚乳酸;非对称交酯;改性   
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      • 刘克共, 刘顺杰, 范培鑫, 张若禹, 陈学思, 王献红
        2025, 56(2): 242-252. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24185
        摘要：长链末端环氧化物(LCTE)由于大位阻侧基的存在，难以高选择性地与二氧化碳(CO2)共聚并得到高碳酸酯单元含量的聚合物. 本研究通过在卟啉meso苯环不同位置引入大位阻有机碱1,5,7-三叠氮双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)，设计了一系列双功能卟啉铝催化剂，旨在调控TBD基团与铝中心的空间协同作用. 其中TBD连接在meso苯环间位上的催化剂m-4展现出最佳的催化效果，可高选择性(99%)催化1,2-环氧丁烷或1,2-环氧己烷与CO2完全交替共聚，制备得到分子量大于32 kg/mol的聚碳酸酯. 通过原位红外光谱对反应进行动力学研究证明该催化剂分子内协同的催化特征. 本文工作探究了双功能催化剂分子内催化位点的空间分布与所产生协同作用的关系，为LCTE/CO2高效交替共聚合成聚碳酸酯提供了一种新思路.  
        关键词：双功能卟啉铝;二氧化碳;长链末端环氧化物;有机碱;开环共聚   
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        发布时间：2025-01-24
      • 漆李矜, 韩笛, 任肖荷, 何晓燕, 郭涛, 张先正, 程巳雪
        2025, 56(2): 253-265. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24196
        摘要：肿瘤异质化和每位患者的特异性是肿瘤研究和治疗中的重要挑战，而个性化精准诊疗是解决这一挑战的关键途径之一. 本研究中，设计制备了基于聚氨基酸的肿瘤靶向传递体系，利用ε-聚-l-赖氨酸负载敲除促进肿瘤发展的黏蛋白1 (MUC1)的CRISPR-Cas9质粒，外层修饰键接了AS1411适配子的透明质酸，通过靶向肿瘤细胞表面过表达的核仁素(nucleolin)和CD44实现对肿瘤细胞的特异性高效传递和基因编辑. 进一步，利用这一靶向传递载体负载检测MUC1、肺转移标志物组织蛋白酶C (CTSC)、骨转移标志物锯齿状典型Notch配体1 (JAG1)的mRNA的3种分子信标，对基因编辑效果进行检测. 针对肿瘤细胞系BT549及乳腺癌患者外周血中的循环恶性细胞开展了基因编辑及疗效评估研究，结果表明，基因编辑传递体系可以有效靶向恶性细胞，敲除MUC1基因，抑制MUC1的表达、显著下调肺转移和骨转移标志物. 本研究利用少量全血进行个性化体外研究，可便捷高效地评估特定治疗措施的疗效，为肿瘤个性化精准治疗提供依据和参考.  
        关键词：聚氨基酸;肿瘤靶向;传递载体;基因治疗;mRNA检测   
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      • 袁洋, 蒋惠忆, 陈伟芝, 蒋锡群
        2025, 56(2): 266-277. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24189
        摘要：药物的靶向性以及体内长效循环特性对于药物在病灶部位的累积和疗效发挥着至关重要的作用. 本研究设计合成了长循环双靶向重组蛋白药物偶联体RPDC-L (long-circulated dualtargeted recombinant protein drug conjugate)，用于抗肿瘤治疗. RPDC-L包含4个部分，分别是靶向人表皮生长因子受体2 (HER2)的anti-HER2纳米抗体、整合素受体αvβ3的多肽配体RGD、白蛋白结合域以及小分子化疗药物阿霉素. 其中，anti-HER2纳米抗体和RGD多肽提供肿瘤靶向功能；白蛋白结合域通过结合血液中的白蛋白，赋予药物较长的体内循环时间；化疗药物阿霉素通过酸响应聚乙二醇-腙键连接子与重组蛋白偶联，在微酸性的肿瘤微环境中通过pH响应性释放，进行肿瘤杀伤. 与非长循环双靶向重组蛋白相比，融合表达白蛋白结合单元后，长循环双靶向重组蛋白在小鼠体内的半衰期时间提升到了1.51倍. 与抗肿瘤药物阿霉素偶联后，药物在肿瘤组织中的累积提升到了1.6倍. 体内抗肿瘤试验表明，RPDC-L实现安全高效的抗肿瘤效果，肿瘤抑制率达到78.4%，是非长循环双靶向重组蛋白药物偶联体的1.50倍.  
        关键词：药物递送;大分子药物;双靶向重组蛋白药物偶联体;长循环   
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      • 汤健, 陈全
        2025, 56(2): 278-285. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24184
        摘要：传统缔合高分子体系中往往存在环状链和悬挂链等缺陷结构，这些非均匀性显著阻碍了缔合高分子内部结构参数与其物理性质之间构效关系的定量构筑，并影响了针对这些性质的材料设计开发. 为了解决模型体系缺失的问题，基于四臂聚乙二醇前驱体和锆离子构筑了物理凝胶模型体系，该体系的内部凝胶化程度可以通过调控锆离子与四臂聚乙二醇前驱体的摩尔配比精准调控. 线性流变学测试结果显示，凝胶内部的非均匀性被高度抑制.本文提出了通过凝胶平台模量和松弛时间分别计算前驱体末端连接率的方法，2种方法得到的结果定量吻合，进一步讨论了松弛模式分布变化与超桥结构含量之间的关系，明确了凝胶网络结构演化过程.  
        关键词：缔合高分子;线性黏弹性;松弛时间;平台模量;超桥   
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        发布时间：2025-01-24
      • 蔡厚继, 谭若兮, 董方亮, 张杰, 胡正伟, 赵海洋, 刘春晨, 王明, 黄飞, 曹镛
        2025, 56(2): 286-298. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24225
        摘要：有机共轭聚合物的载流子传输性能与共轭结构息息相关. 然而，在分子水平上理解分子共轭长度与材料及器件性能的关系仍缺乏相关依据，设计和开发新型且共轭长度连续可控的结构单元在合成上面临挑战. 基于此，本研究提供了一种新的分子设计和合成思路，通过氧化偶联的方式合成了一系列分子共轭长度可控的苯并二吲哚二酮衍生物的共轭低聚物，并将其构建成相应的聚合物，展示了其可调控的电子传输性能. 随着中间构筑单元共轭长度的增加，材料的最低未占分子轨道(LUMO)能级逐渐降低，带隙变窄，传输性质由p型传输转变为双极型传输. 含有单个苯并二吲哚二酮构筑单元的聚合物PBIDI-4F-T表现出了9.05×10-2 cm2·V -1·s-1的最大电子迁移率和4.21×10-3 cm2·V -1·s-1的最大空穴迁移率. 本工作为探索电子受体低聚物单元共轭长度与聚合物载流子电荷传输性能之间的构效关系提供了新的参考.  
        关键词：低聚物;共轭聚合物;有机场效应晶体管;氧化偶联;一锅法;共轭延展   
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        发布时间：2025-01-24
      • 宋舒悦, 王晓东, 张安东, 刘岳衡, 谷承霖, 刘亚辉, 薄志山
        2025, 56(2): 299-305. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24228
        摘要：聚芴作为一类典型的有机共轭半导体材料，在有机光电器件制备中得到广泛应用，其分子量对光电性质具有显著影响. 本研究聚焦于聚芴材料的制备过程，采用Suzuki反应制备聚芴，通过调控溶剂(四氢呋喃/水、甲苯/水、邻二甲苯/水、二氯甲烷/水)，碱的种类(碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钾、磷酸钾)，催化剂(Pd(PPh3)4、Pd2(dba)3/P(o-Tol)3、Pd(OAc)2/P(o-tol)3、PdCl2(dppf)、PdCl2(PPh3)2)，以及化学计量比（1:1，1:0.99，1:1.01）等反应条件，深入研究了这些因素对聚芴类材料分子量的影响. 研究结果表明，增强有机溶剂与水的混溶性，选用中等强度的无机碱，采用二价钯催化体系，并严格控制反应物的投料比为1:1，有助于合成高分子量的聚芴.  
        关键词：Suzuki聚合;分子量;聚芴;反应条件;共轭聚合物   
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        发布时间：2025-01-24
      • 李俊伟, 张泽平, 容敏智, 章明秋
        2025, 56(2): 306-321. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24217
        摘要：环氧树脂作为传统覆铜板的绝缘基板，其导热性能相对较差，无法满足日益增长的散热需求. 本工作采用两步丝网印刷方法制备了具有高导热性能的图案化氮化硼/液晶环氧复合材料. 首先，以低氮化硼含量(10 wt%~30 wt%)的液晶环氧涂膜液作为基体印刷非图案区域，再以高氮化硼含量(60 wt%~80 wt%)的液晶环氧涂膜液填充图案化区域(点、线和网格)，通过图案点阵与基体中氮化硼的相互协同构建良好的面外和面内导热通路，获得了一系列高导热氮化硼/液晶环氧图案化复合材料，并深入探讨了图案化参数对材料性能的影响. 结果表明，丝网印刷的图案化复合材料在26.36 wt%氮化硼填料含量下实现了11.5和20.5 W/(m·K)的面外和面内热导率. 同时，在41.52 wt%氮化硼填料含量下的面外和面内热导率甚至可以达到26.0 W/(m·K)和36.6 W/(m·K)，分别是相同氮化硼含量的氮化硼/液晶环氧共混复合材料的10.8倍和11.8倍.  
        关键词：导热复合材料;液晶环氧;图案化;氮化硼   
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      • 罗巧玲, 邵力文, 林琴, 王冬, 付少海
        2025, 56(2): 322-330. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24222
        摘要：为了模拟绿色植被的光谱特征，以亚甲基双萘磺酸钠(NNO)为分散剂，采用喷雾干燥技术制备了自分散纳米颜料绿，通过熔融共混法制备了生物基尼龙56 (PA56)原液着色纤维，探究纤维的微观结构、以及热、力学、可见光-近红外光谱性能. 结果表明当颜料蓝-6124和颜料黄-1103复配质量比为2:1时，研制的自分散颜料绿能够较好地模拟绿色植被在可见光-近红外(400~1200 nm)的光谱特性；自分散颜料绿在PA56纤维内分散均匀，相容性好，且纤维的热性能基本保持不变，力学性能稳定；原液着色PA56纤维的光谱距离小于0.65、光谱角度小于0.13 rad，光谱相关系数高于0.98，达到了GJB 1411-2015二级光学伪装和二级光谱伪装的要求；颜色可以很好地模拟GBJ 1082A-2021中伪装网颜色MG1151与DG0730 (色差<3)；耐晒牢度>6级，耐水洗牢度和耐汗渍牢度均为4~5级.  
        关键词：可见光-近红外光谱;生物基尼龙56;原液着色;光谱反射率;颜色相似度   
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      • 李昕, 王杰, 张群, 王娇娜, 王锐, 张秀芹, 刘小钢
        2025, 56(2): 331-341. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24209
        摘要：以聚乙二醇(PEG)为软段，六亚甲基二异氰酸酯为硬段，三聚氰胺为交联剂，制备出交联聚氨酯(CLPU)，研究了不同PEG分子量对其相变性能的影响. 结果表明，CLPU的焓值和相变温度随PEG分子量的改变而发生规律性变化，其中以PEG2000为原料制备的聚氨酯固固相变材料(PU-SSPCM)，相变温度(Tm=39.9 ℃，Tc=8.7 ℃)在人体舒适温度区间，焓值在56.6 J/g以上，100次热循环后其性能基本保持不变. 此外，还探讨了三聚氰胺含量对CLPU2000性能的影响，结果表明，随着三聚氰胺含量的增加，所得聚氨酯的焓值会降低，而相变温度则略有上升. 所得聚氨酯体系具有良好的相变调温功能，将其置于手心100 s后与体温仍有3.8 ℃的温差. 该材料体系在人体热管理领域具有广阔的应用前景，有望在智能调温服装、红外隐身等领域发挥重要作用.  
        关键词：交联聚氨酯;固固相变材料;人体适宜温度;智能调温   
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      • 张春波, 杨博, 任敏巧, 贾雪飞, 王珅, 李娟, 张龙贵, 吴一弦
        2025, 56(2): 342-349. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24132
        摘要：对不同分子量聚异丁烯(PIB)的流变性能和拉伸行为进行研究，并利用广角X射线衍射(WAXD)技术追踪了超高分子量PIB (UHMW-PIB)在单向连续拉伸和循环拉伸过程中的结构演化. 明确了PIB的分子量与其黏度、黏弹性及弹性的对应关系. 室温时，以弹性为主的UHMW-PIB在单向拉伸过程中表现出优异的延展性；WAXD结果表明，UHMW-PIB在拉伸至大倍率时发生拉伸诱导结晶；当拉伸倍率为11倍时，重均分子量为3.28×106 g/mol的样品的结晶度约为10.7%. 将UHMW-PIB的循环拉伸行为与文献中热塑性聚氨酯相比，在拉伸倍率相同的情况下，UHMW-PIB的残余倍率更低，循环拉伸回复性能更优异. 在应力卸载过程中，UHMW-PIB中所形成的晶体逐渐熔化，逐渐恢复到非晶态. PIB的拉伸行为与其分子量、缠结结构及拉伸诱导结晶密切相关. 研究结果有望为PIB的工业应用提供参考.  
        关键词：聚异丁烯;分子量;流变;循环拉伸;拉伸诱导结晶   
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      • 王显智, 鲁云华, 肖国勇, 侯蒙杰, 李琳, 王同华
        2025, 56(2): 350-360. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24176
        摘要：合成了一种新型二胺单体3,3,3',3'-四甲基-6,6'-双(3-氨基-4-羟基苯氧基)-1,1'-螺旋双茚满(TBAHS)，然后分别与等摩尔比的6种二酐单体聚合，涂膜后经300 ℃热酰亚胺化制备出一系列含羟基的聚醚酰亚胺(PEI)膜，再经450 ℃热处理得到相应的热重排(TR)膜. 测试结果表明：由于螺旋双茚满结构的引入，6种PEI膜均表现出优异的力学性能和热性能，玻璃化转变温度在317~352 ℃. 热重排后，TR膜的力学性能显著下降，但气体渗透性能大幅度提高，尤其是基于4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)的TR(TBAHS-6FDA)膜对CO2、H2、O2和N2的气体渗透系数分别达到806.2、869.0、180.7和27.7 Barrer. 同时，O2/N2的选择性为6.52，分离性能接近2015年上限；CO2/N2的选择性为29.10，分离性能超越了2008年Robeson上限. 因此，将螺旋双茚满结构引入到聚合物分子链中将有效提高膜材料的气体分离性能.  
        关键词：螺旋双茚满结构;聚醚酰亚胺;热重排;气体分离;膜材料   
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        发布时间：2025-01-24
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