研究背景

弹性体材料在软体机器人、生物电子等领域具有巨大的应用潜力，其力学性能的强化成为研究热点。双网络（DN）结构通过引入互穿的交联网络，实现了材料强度与韧性的协同提升：第一网络通常为刚性高交联结构，提供机械强度，并可作为牺牲结构而耗散能量，提高韧性；第二网络为柔性低交联结构，可使材料在保持强度的同时获得极佳的拉伸性。自2003年Gong等人首次报道双网络水凝胶以来，该策略已被拓展至多种软材料体系。然而，与双网络水凝胶相比，双网络弹性体的制备方法仍主要依赖于耗时且复杂的多步顺序聚合（如先构建第一网络，再渗透聚合第二网络），亟需开发高效、简便的制备方法。

基于此，上海交通大学颜徐州教授和张照明教授团队提出了一种基于光诱导的一锅法、单步合成策略，通过紫外光同时触发共价网络与超分子网络的形成，成功制备了共价-超分子双网络弹性体，显著简化了制备流程，并为商用共价弹性体的性能强化提供了新思路。该体系以苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）为主链，通过硫醇-烯点击反应形成共价网络（CN）；同时，利用四臂聚乙二醇（PEG）功能化修饰的UPy单元（含光敏保护基），在紫外光照射下去保护后形成四重氢键交联的超分子网络（SN）。两种网络在同一光照条件下同步构建，实现了一锅法制备。通过FTIR、NMR、DSC、TGA等手段验证了双网络结构的成功形成。力学测试表明，双网络弹性体的断裂应力（0.74 MPa）、断裂应变（268%）和韧性（1.47 MJ/m³）均显著优于仅含共价网络的对照样（0.45 MPa、99%、0.29 MJ/m³）。循环拉伸与应力松弛实验显示，双网络弹性体具有显著的能量耗散能力（0.24 MJ/m³），远高于对照样（0.0158 MJ/m³），归因于超分子网络中UPy四重氢键在应力作用下的可逆断裂与重组。研究进一步展示了将超分子单体通过溶胀方式引入预成型的商用共价网络，再经光照诱导形成超分子网络，从而实现现有材料的性能强化，具有良好的应用前景。该研究成功开发了一种光触发的一锅法合成策略，实现了共价-超分子双网络弹性体的高效构建。该材料在力学性能（韧性、断裂应力、断裂应变）和能量耗散能力方面均显著优于单一共价网络对照样。该方法不仅简化了双网络材料的制备流程，还为商用共价弹性体的性能强化提供了一种简便、可扩展的途径。

图1. 双网络（DN）的设计理念。(a) 经典的网络两步顺序合成示意图。(b) 使用紫外光一步法同时形成双网络的示意图。

图2. DN与对照样的结构表征。(a) DN、对照样和SBR样品的FTIR光谱。(b) DN和对照样在氯仿中的溶胀比曲线。(c) DN和对照样在第二次加热扫描中的DSC曲线，温度范围为−80至120 °C，升温速率为20 °C/min。

图3. 基本物理性能。(a) DN和对照样在100 mm/min变形速率下的应力-应变曲线。(b) 根据其应力-应变曲线计算的杨氏模量、韧性和断裂应力对比。(c) DN和对照样在参考温度30 °C下的应变扫描曲线。(d) DN和(e)对照样在参考温度20 °C下的主曲线。(f) DN和对照样在高于60 °C时对Arrhenius方程的aT拟合结果。

图4. 宏观力学性能。(a) 对照样和(b) DN在80%应变下的循环拉伸曲线。(c) 对照样和(d) DN在80%应变下根据循环拉伸曲线计算的能量耗散与阻尼比对比。(e) 对照样和(f) DN在20%至100%递增应变下的循环拉伸曲线。(g) 对照样和(h) DN在20%至100%递增应变下根据循环拉伸曲线计算的能量耗散与阻尼比对比。(i) 对照样和DN的应力松弛结果。

图5. 共价网络的后修饰与动态性能。(a) 通过溶胀法将超分子网络引入商用共价网络的后修饰策略示意图。(b) 原始共价网络与后修饰双网络样品的应力-应变曲线对比。(c) 后修饰双网络样品在80%应变下的循环拉伸曲线。(d) 后修饰双网络样品在20%至100%递增应变下的循环拉伸曲线。

论文以”Light-triggered one-pot synthesis of covalent-supramolecular double network elastomer”为题发表在《Supramolecular Materials》上，通讯作者是上海交通大学颜徐州教授和张照明教授。

参考文献

Light-triggered one-pot synthesis of covalent-supramolecular double network elastomer

Muhammad Arslan, Yi Ding, Wenbin Wang, Jingxi Deng, Yuanhao Wang, Chuan Yue, Jianzhen Wu, Shaolei Qu, Yuhang Liu, Ruixue Bai, Xuzhou Yan, Zhaoming Zhang

Supramolecular Materials 2026, 5, 1000121

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667240525000303

Supramolecular Materials是一本国际开放获取期刊，目前已被ESCI、Scopus、DOAJ和CAS收录。

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