一片重量僅46毫克的聚合物材料,其強度卻足以提起3公斤重物;指甲蓋大小的粘接面積,竟能拉動2.1噸重的汽車——這種突破傳統認知的高性能材料,由浙江大學杭州國際科創中心超分子新物質創制創新工坊的科研團隊研發成功。該成果通過分子層面的創新設計,實現了柔性與剛性聚合物的深度融合,為高分子材料領域開辟了全新路徑。
研究團隊從傳統編織工藝中汲取靈感,提出以“分子編織”技術破解高分子材料制備難題。傳統方法中,不同性質的聚合物因相容性差,往往難以實現性能協同,而團隊通過構建不對稱糾纏節點,將聚氨酯的柔性與環氧樹脂的剛性在微觀尺度上“編織”成一體,形成穩定的拓撲結構。這種結構如同織布時經緯線的交織,既保留了棉線的韌性,又融入了麻線的強度,最終創造出兼具高斷裂伸長率(3105%)、高應力(63.3 MPa)和超高韌性(989 MJ m?3)的新型材料。
實驗數據顯示,該材料的本體性能遠超傳統共混或共聚產物,甚至超越了單一聚合物的極限。當其作為粘合劑使用時,搭接剪切強度達到15.1 MPa,是對照組的兩倍以上。在實際牽引測試中,僅2.5厘米×1.3厘米的粘接面積便成功拉動2.1噸汽車,且在路面顛簸中保持穩定,未出現脫粘現象。這一表現顛覆了人們對輕質材料強度的認知,為高性能膠粘劑、結構材料等領域提供了革命性解決方案。
研究團隊設計了“三步走”策略:首先合成帶三齒配位點的柔性聚氨酯鏈作為“經線”;隨后利用鈀離子作為“智能梭子”,與單齒配位點結合形成不對稱節點;最后引入環氧樹脂鏈作為“緯線”,完成分子層面的精密編織。這一過程如同從簡單混合棉花與麻絮,升級為精準控制經緯線的織布工藝,最終構建出具有穩定結構的全新材料。
該成果已發表于國際頂級期刊《自然·材料》,其核心價值在于提供了定制化高分子材料的通用方法。通過調整糾纏節點的設計,未來可整合任意性能互補的聚合物(如導電與導熱、彈性與剛性),實現材料性能的按需定制。這種從“單一材料”到“材料系統”的思維轉變,將釋放未來材料設計的巨大潛力。
據悉,該研究是科創中心與浙江之江有機硅公司產學研合作的典型案例。團隊以市場需求為導向,將基礎研究轉化為實際技術儲備,不僅提升了企業在高性能膠粘劑領域的競爭力,更驗證了產學研深度協同對產業創新的推動作用。這種從微觀分子設計到宏觀產品應用的跨越,正為新材料產業注入新的活力。











