本期封面由中国科学院化学研究所邱东研究员团队提供

封面说明

封面设计以潜水员从常压陆地环境深入高压深海为视觉主题，隐喻高分子材料在压力梯度下的演化历程。潜水服由高性能高分子材料制成，象征该材料体系在高压环境下的关键功能与适应性。手电光束连接宏观与微观，照亮黑暗的深海，如同先进的原位表征技术（如同步辐射、中子散射）照亮了高压下材料内部的“黑箱”，生动呈现高压诱导下高分子从分子链构象响应，有序组装直至结晶形态形成的演变路径。背景中的珊瑚礁，不仅丰富了深海场景的层次感，也寓意着在高压环境下，通过精准调控，高分子材料能够“生长”出丰富多样的聚集态结构（如伸直链晶体、γ晶型），从而获得意想不到的性能。

设计将科学与人文相融合，既通过探索者意象传递人类直面未知的勇气，又以材料微观结构的艺术化表达，强调高分子学科服务国家战略与民生科技的终极价值。整体构图紧密呼应“高压诱导高分子多层级结构演化与性能调控”的研究内核，实现科学严谨性与视觉感染力的统一。

文章主要内容

《高压诱导高分子多层级结构演化与性能调控研究进展》综述文章系统总结了高压条件下高分子材料的动态结构演变规律与性能调控策略，突破了传统常压研究的局限，填补了多层级结构演化研究的空白。研究基于高分子物理基础理论，梳理了压力场对高分子体系从分子链尺度（自由体积塌缩、受限链运动）到介观相态演变（晶型重构、特殊晶体形貌构建）的跨尺度调控机制研究现状，揭示了相关核心物理规律。

基于上述机制总结分析了高压工程赋予材料的力学增强、导热优化及电磁屏蔽等多功能强化的突破进展。最后，指出当前面临原位表征技术不足、理论模型预测能力有限及工程化应用的挑战，并对高压高分子领域未来的发展提出了展望。

文章背景

高分子材料作为现代工业与科技发展的重要基石，凭借其卓越的可设计性、多样的加工工艺与独特的功能特性，在日常包装、柔性电子和航空航天等领域展现出不可替代的应用价值。深入揭示高分子材料的"结构-性能"关系，是推动该领域技术创新与产业升级的核心科学问题。然而，传统研究多聚焦于常压下的构效规律，忽视了"压力"这一在材料加工（如注塑成型、挤出）及极端服役环境（如深海装备、地壳探测）中普遍存在的关键热力学变量，限制了对高分子材料行为完整图景的认知。

从20世纪初期至今，高压技术的发展成功将材料研发模式从传统的被动优化转变为主动性能调控，通过压力场调控实现非平衡态结构设计，为高分子材料的性能突破提供了新的思路和方法。然而，高分子体系从微观分子排列到介观聚集态再到宏观性能表现的多层级特性以及高压下动态结构演变的原位观测难题，长期制约该领域发展。随着21世纪以来同步辐射、中子散射等先进表征技术的突破，以及分子动力学模拟等计算方法的完善，研究人员得以原位、实时解析高压下高分子的多尺度结构演化。这些技术的进步正推动高压高分子研究从现象观察迈向机理阐释的新阶段，为开发适用于压力条件下的新一代高分子材料提供理论基础与设计指南。

文章概述

高压科学作为跨学科领域，为材料开发提供了独特手段，从基础理论到工业应用，高压高分子研究经历了百年发展历程。本文综述了高压科学在高分子材料领域的研究进展，系统分析了高压条件下高分子多层级结构(从分子链到宏观聚集态)的演化规律及其对性能的调控机制。文章首先梳理了高压高分子研究的历史脉络，从20世纪Bridgman奠基性工作到现代原位技术与计算机模拟的发展，强调高压如何从加工参数演变为主动调控工具。

结构上的响应，文章先从分子链尺度分析其演化过程。高压环境下，分子链间距的压缩效应显著限制链段的运动自由度，引发自由体积减小和玻璃化转变温度(T_g)变化。计算方法的引入有助于其分析解决潜在难题，如利用分子动力学模拟发现，聚酰亚胺在冲击载荷下，分子链d-spacing从0.512 nm压缩至0.294 nm，增强原子间斥力并改变能量机制(如图1)。高压条件下，经典理论难以准确预测具体数值变化及非线性特征，需要更深入的机制探索。

图1 PI在冲击下的多级微观结构演化: (a) 共价键水平的微观结构演化与 (b) 构象演化; (c) PI材料的Hugoniot关系在实验和MD计算之间显示出良好的一致性; (d) 不同冲击强度下冲击PI模型的XRD曲线演化(反映自由体积); 多样化的能量变化机制: (e) 内能随冲击压力的变化; (f) 每个能量分量在总内能中的比例(2024 American Chemical Society版权许可)

 高压通过改变高分子结晶的热力学和动力学，诱导多晶型结构和伸直链晶体(ECC)形成。例如，等规聚丙烯(iPP)在高压下呈现α,β,γ相及介相转变，临界压力阈值行为显著(表1)。高压促进体积收缩，降低成核能垒，提高结晶度，如iPB-1/iPP共混物(100-150MPa)的成核密度显著增加，Form I'晶型的衍射峰强度达到极大值，但过高压力可能抑制链段运动，导致结晶速率下降。压力-剪切-温度耦合场（如注塑成型）可协同调控结晶，实现超快结晶（聚碳酸酯的超快结晶(60 min)）和晶型选择等(如间规聚苯乙烯的α晶型含量超90%)，压力辅助流动诱导结晶(FICP)理论为工业加工提供了新思路。

 力学性能方面，高压诱导结晶度提升(如聚乙烯的ECC结构)，增强力学性能，但需注意临界压力阈值以避免性能劣化(如PLA/GNP复合材料在450 MPa附近性能劣化)。多组分设计与微观结构诱导是突破材料性能极限的重要途径(表2)。高压工艺的探索也为材料研究拓宽了方向，压力诱导流动(PIF)和多重动态压力(MDP)等工艺，通过分子链取向和动态拉伸效应，助力突破加工瓶颈。

 功能特性上，高压通过结构压缩调控高分子的电学、光学和含能特性。高压退火促进聚偏二氟乙烯(PVDF) β相形成，提高介电常数和铁电性能，剩余极化强度达5.8 μC/cm² (图2)；摩擦电聚合物在超高压下电荷转移行为突变，可用于超薄(2 mm) 传感器开发，在1~100 MPa压力范围内表现出0.07 V/MPa的线性响应特性和优异的循环稳定性；高压抑制聚酰亚胺分子链运动，结构效应强于能量转移和去活化效应，增强磷光量子产率；超高压(如11.3 GPa)实现单体拓扑化学聚合，提升材料密度和爆轰性能。文章进一步介绍了高压在复合材料中的应用，如高压下PLA/ZnO和PLA/GNP体系气体阻隔性能的变化；高压诱导石墨烯/氮化硼复合材料形成分凝结构(图4)，实现高导热(8.5 W/(m·K))和电磁屏蔽(70 dB)。

图2 PVDF薄膜制压力作用机制(2022 American Chemical Society版权许可)

 文章最后指出了当前高压高分子研究面临的挑战：动态演变机制不明；理论模型局限；工程化应用瓶颈。高压调控策略将推动高分子材料从被动优化转向主动设计，为高压高分子材料的设计和工艺优化提供极大助力，通过跨学科合作，有望实现高分子材料的性能突破。

上述工作以综述形式在《高分子通报》2025年第11期印刷出版。欢迎大家关注阅读！

引用本文

童凯权, 邱东. 高压诱导高分子多层级结构演化与性能调控研究进展. 高分子通报, 2025, 38(11), 1604-1617. DOI：10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.216.Tong, K, Q.; Qiu, D. Research progress on high-pressure-induced multi-scale structural evolution and property regulation in polymer. Polym. Bull. (in Chinese), 2025, 38(11), 1604-1617.DOI：10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.216.