盘点2016年度高分子科学前沿进展

1、浙大团队发明新型记忆塑料 塑料片变形千纸鹤

浙江大学谢涛教授研究团队在设计新型形状记忆材料的过程中，加入了一种可交换共价键，重组分子间的连接关系。这相当于很多分子手拉手跳一支“集体舞”，当处于较高的温度时，分子之间相互“换手”，找到了新伙伴、新“队形”，产生永久记忆。当处于较低温度环境下，材料即使被折叠成其他形状，产生弹性形变，分子之间也不会“放手”，遇热还是能恢复原有形状。该研究有望应用于生物医疗或柔性电子等高附加值应用领域。

2、Science:全新杂化聚合物

美国西北大学研究人员开发出一种全新的杂化聚合物，未来或可用于制造人工肌肉等仿生材料或其他一些具有自我修复能力的材料，也可用于输送药物、生物分子或其他化学品。相关论文发表1月29日出版的《科学》杂志上。

3、超疏水材料创造的神话：水往高处流

北京航空航天的刘克松与江雷院士团队，利用水珠在超疏水材料界面处表面能与重力势能的转化，创造了“水往高处流”的神话。

4、Angew Chem封面: 厦大化院翁文桂教授报道首个复合力色团

厦门大学化学化工学院翁文桂博士课题组通过精巧的分子设计，首次报道了同时具有力致变色和力致交联功能的复合力色团，未来可用于应力示警（stress-sensing）、应力增强（stress-strengthening）或自修复材料领域。

5、当木头变得透明

美国马里兰大学的Liangbing Hu (胡良兵)教授研究组发明了这样一种透明的木头。通过去除木头里的有颜色的木质素成分，但保留木头的独特的纤维素微管骨架结构，然后在其中填充折射率匹配聚合物材料，实现了木头在光学上的透明。透明木头具有广阔的应用前景。从家里的餐桌到公司的办公隔间，甚至到居住的房子和艺术家的艺术品，这种集美观和实用一体的新材料，将使得我们的环境变得更愉悦，生活变得更美好。

▲ 原始木头和透明木头

6、Nat. Comm.精确可控多级自组装: 超级胶束的非共价键合成

英国布里斯托大学Ian Manners研究组的李霄羽（现就职于北京理工大学材料学院）等人，利用活性结晶驱动自组装（CDSA）方法制备了具有两亲性的嵌段型柱状胶束，通过严格控制其亲/憎溶剂作用区域的尺寸和作用强度，得到了一系列具有复杂结构的超级胶束。研究人员系统地研究了胶束的各项参数对超级胶束形貌的影响，得到了超级胶束形貌相图，并实现了高纯度(>95%)十字形超级胶束的制备。这种十字形的超级胶束在形貌上与染色体相似，是首次在合成体系中被实现。

▲两亲性三嵌段胶束在选择性溶剂中多级组装形成超级胶束。

7、被光“掰弯”的超分子凝胶

仿生思想一直是是材料科学进行材料创新的重要研究思路。这一次，来自日本的材料化学家Akira Harada 开发出新型超分子凝胶，这种材料可以在外部简单光照刺激下发生伸缩运动。发明者将其形象地称为“人工分子肌肉”。

8、新型柔性电介质材料 破裂多次仍可修复

电介质材料是电子器件中的重要组成部分，是电气绝缘与封装的关键。美国宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系Qing WANG 教授团队经过两年的努力，成功研发出可自行修复机械损伤并恢复材料多重功能的高分子基纳米复合电介质材料。Qing WANG 教授团队利用具有可逆键高分子基体与超薄氮化硼纳米片化学交联构筑可自行修复机械损伤的高性能复合电介质材料。可逆键机制使得材料即便在多次机械损伤后还能快速愈合，氮化硼纳米片则赋予材料优异的介电、机械、热性能。

9、Science 新型二维聚合物纳米材料

英国布里斯托大学Ian Manners教授研究组的邱惠斌博士（现就职于上海科技大学物质科学与技术学院）、高洋博士等人，通过结晶型嵌段共聚物与其对应的结晶型均聚物的协同活性自组装，制备得到了形态规整、尺寸可控、接近单分散的矩形片状胶束。这些片状胶束的壳层呈现特殊的双梯形图案，并可进行选择性交联与溶解，进而构建中空的片状纳米结构体。

▲多嵌段矩形片状共胶束与中空矩形纳米环。

10、高分子制备方法新突破：可按聚合度进行分离

对高分子的精细分子结构与组成进行调节一直以来就是高分子化学家与材料学家的梦想。现今的聚合方法还无法高效得到单一分子量（分散度为1）的聚合物。加州大学圣塔芭芭拉分校的Craig J. Hawker 研究小组则给出了上述难题的一种解决方案：既然合成上无法实现，那么就让分离变得高效。他们使用的是商业化的自动色谱系统（即俗称的“自动过柱机”），可以成功将寡聚物按照聚合度进行分离。与传统的薄层色谱、液相色谱、体积排阻色谱相比，该方法可分离重量为克级水平的聚合物，大大提高分离量，对实验室级别的高分子制备意义重大。

11、Science：有机催化ATRP 更清洁的活性聚合方法

ATRP的最大缺点是需要过渡金属络合物（主要是铜的卤化物）参与，其在聚合过程中不消耗，难以提纯，最终残留在聚合物中，容易导致老化和其他副作用。Miyake 和Theriot等人研究了苝（二萘嵌苯）作为光催化剂，在可见光和太阳光下激发光致ATRP过程。为有机催化ATRP打下了基础。

12、IBM涉足化学：PC塑料涅槃重生

位于美国加州的IBM Almaden研究所是享誉世界的研究机构，IBM的研究领域包括计算机科学、材料学、数学、物理学和化学。最近，该研究所的化学家们开发了新技术可以将聚碳酸酯（PC）回收并变废为宝生产另一种高性能塑料。

13、基于含羞草的仿生自组装

澳大利亚国立大学的William S.Y. Wong, Antonio Tricoli副教授与香港城市大学的王钻开副教授团队合作, 通过双层结构体的杰纳斯（Janus）薄膜，发明了一种奇特材料。这材料触动到水或许其他高表面张力的液体，即时卷起，形成一根微细的管子，同时把液体从滴落的位置急速运输到特定的终点。水液的运输速度对于目前的纸基吸湿微流控科技快上十倍， 拥有平均速度的每秒2.5厘米。这奇特的杰纳斯自组装材料依靠着上层（聚己内酯， PCL）纤维吸水（超亲水），引起自组装，把周围的膜卷起，引起流体输送。下层（聚氯乙烯，PVC) 纤维有强力的防水性能（超疏水）， 把以卷起的水急速驱动到终点。由于材料对水滴的反应让人联想起含羞草对水滴或触摸的现象，研究人员把这现象称为“含羞草现象”。

14、“憎水”的水凝胶

北京航空航天大学刘明杰教授课题组发展了一种具有普适性的水凝胶表面功能化的方法。通过将活性位点引入到水凝胶高分子网络中，利用油水界面的不互溶性，使得接枝反应只能在水凝胶表面发生，从而实现了水凝胶表面超疏水、网络内超亲水的特性。该超疏水水凝胶可以在不同尺度下抑制凝胶内与环境间的物质交换，这在生物医学、药物输运等领域具有重要的意义与应用前景。

15、极性单体聚合再起波澜

开发简单高效的催化体系并实现对于极性单体的可控聚合是非常重要的挑战。

大连理工大学吕小兵课题组徐铁齐副教授解决了极性单体2-乙烯基吡啶聚合中的一个重要痛点，实现2-乙烯基吡啶高活性和高全同选择性(Pmup to 97%)聚合得到高分子量(Mn > 10万)聚合物。高立体选择性的高分子具有良好的力学性能，能够满足更多场合下对于高分子材料的苛刻要求。

16、哈工大利用烤焦的面包制成碳泡沫材料

碳泡沫材料由于重量轻及高性能等特点，而成为了一种在航空航天领域极具前景的新绝缘材料。此前研究人员曾利用香蕉和西瓜等食物制备碳泡沫材料。哈尔滨工业大学的研究人员却以烤焦的面包为材料制造出碳泡沫材料，同样具有隔热、电磁屏蔽等性能。

17、“任性”的仿生力致变色材料

通过外力使材料变形就可以改变颜色或透明度，这种神奇的材料你听过吗？近日，康涅狄格大学化工与生物分子工程系的孙陆逸教授（Prof. Luyi Sun）和其博士生曾嵩山(Songshan Zeng)以及康涅狄格大学机械工程系的张甸云教授(Prof. DianyunZhang)带领的研究团队制备出的“力致色”（mechanochromism）材料就可以这么“任性”！其主要利用机械力导致的表面纹理（比如裂缝和褶皱）的变化来控制染料的面积或者表面的粗糙度，进而实现了光学性能的变化。这些材料未来可应用于智能窗帘，应力示警，以及信息加密器件。

18、浙江大学高超教授课题组在高性能石墨烯纤维研究方面取得新突破

浙江大学高分子科学与工程学系高超教授团队立足石墨烯纤维的结构调控及结构与性能关系，开展了系统深入的研究。首次提出了“全尺度协同缺陷工程”策略，通过优化湿法纺丝工艺、多级拉伸诱导取向、纤维细旦化、高温热还原等关键技术创新，成功地实现了高性能石墨烯纤维的规模化制备。所得到的石墨烯纤维直径最细可达1.6 μm（约为头发丝的五十至百分之一），力学强度最高可达2.2 GPa，杨氏模量最高可达400 GPa，导电率达到8×105 S/m，代表了石墨烯纤维目前最高的性能水平。

19、烧伤患者的福音：伤口换药不再疼了

美国波士顿大学和哈佛大学医学院BIDMC医疗中心研究人员开发了一种新型树枝状硫酯水凝胶作为烧伤伤口的敷料。使用者只需要将两种水溶液混合（赖氨酸基树枝状大分子和PEG基交联剂），分别溶解在其中的两种线性高分子就会发生反应形成网状结构，从而得到类似果冻的胶状物体。当伤口需要换药时，只需要用含有半胱氨酸甲酯的水溶液浸泡凝胶，通过硫醇和硫酯交换反应，凝胶中的网状结构就会被破坏，重新变成可溶于水的线性高分子，因此整块凝胶可以很方便地从伤口表面移除，而不会造成明显的疼痛。

20、新成果！石墨烯让塑料水汽阻隔性能提升100万倍

研究团队采用大面积化学气相沉积（CVD）首先将石墨烯沉积在铜箔上，通过这种方法可以得到单层石墨烯层，再将树脂热压在石墨烯层上，之后通过刻蚀的方法，把铜刻蚀得到表面具有单层石墨烯的塑料薄膜。这种方法易于完成，得到薄膜能够直接应用于电子器件的封装，能拓展到大规模生产上。加入了石墨烯的塑料防水性提升显著，实现了将水汽含量每天控制在0.000030 g/㎡ 以内。

▲石墨烯沙林树脂高水汽阻隔膜的制备过程及拉曼光谱

21、终极控制：聚合反应的“开-关-重启”

化学反应的“暂停-重启”确是科学工作者对于反应的终极控制之一。中国科学院长春应用化学研究所崔冬梅课题组刘波副研究员（第一作者）报道了，基于异戊二烯高3,4选择性催化剂[Flu-CH2-Py]Y+(CH2SiMe3)，利用AliBu3和吡啶的“配位-解配位”来实现对于配位聚合催化剂的“休眠-再生”。该催化体系“暂停-重启”过程快速、定量且可逆，同时利用活性种和休眠种对于苯乙烯和异戊二烯共聚合产物选择性的差异（活性种-梯度序列vs休眠种-锥形序列）可以简单高效的调节共聚物的序列结构。

22、简约不简单的技术，实现碳纤维100%回收！

碳纤维在火箭、宇航等尖端科学领域以及体育器材、化工机械等生产领域都有着广泛的应用。但碳纤维增强树脂材料的回收却是个老大的难题。来自Georgia Institute of Technology的H. Jerry Qi与西安交通大学王铁军教授合作，通过分子设计，发明了了一种可几乎100%回收的碳纤维增强树脂材料。

23、华东理工林嘉平课题组发现超分子“缩聚”反应

上世纪30年代，高分子科学家发现具有官能团的小分子可发生缩聚反应形成聚合物，人们利用这一反应获得了一系列产品，如尼龙、聚酯等，这些高分子材料逐渐成为人类生活和工业发展的必需品。华东理工大学材料学院林嘉平课题组发现“缩聚”反应可以发生在超分子尺度，其研究成果以“Hierarchical Nanowires Synthesized by Supramolecular StepwisePolymerization”为题发表在《德国应用化学》上。

24、Science：精准计算聚合物的弹性解决百年难题

弹性是聚合物的一种重要性质，过去百年不断有科研人员试图探索出一套可以量化预测材料弹性的方法，但是聚合物内存在诸多缺陷和一些影响材料弹性的未知因素使得这项研究工作变得异常困难，2016年9月MIT的科研人员取得了重大突破，以水凝胶网络聚合物为例，建立一种方法可以分析测量材料的内部缺陷，然后精确地计算出聚合物网络的弹性性能。

25、我国光控微流体研究取得领先突破

复旦大学俞燕蕾教授在光控微流体研究取得的新突破。运用仿生学原理，模拟人体血管的弹性和韧性的优点，设计得到了一种液晶高分子材料的“血管”（图c）。在光的作用下，管状微型驱动器各层发生不对称的形变，局部从圆柱形变成圆锥形（图a），形成拉布拉斯压差，推动液体流动，实现微流体操控。这项技术实现液体每秒钟移动6mm，是传统光控微流体技术液体移动速度的几十倍。除此之外，可以使用光照，驱动不同液体进行融合，或者发生化学反应，从而实现微操作的技术要求。根据实验，新型光控微流体技术，可应用于各种类型的液体，理论上可以满足各种技术和产业的要求。

26、Nat.Chem.一种新型的无硫RAFT乳液聚合法

英国华威大学化学系（Warwick's Department ofChemistry ）的研究人员在Nature chemistry 上报道了一种新型的无硫RAFT乳液聚合法。该方法在离散稳定的纳米隔室中，以乙烯基封端的大分子作为高效链转移剂，快速定量地合成序列可控多嵌段共聚物。整个反应在乳液中进行，未使用任何传统的有机硫链转移剂或金属催化剂。此外，研究人员还成功进行了放大反应，在工业化生产方面也是完全可译，标志着复杂大分子合成领域的一个重大进步。

27、Nature子刊 : 不使用抗生素杀死超级细菌的方法

墨尔本大学的一位大马博士生Shu Lam开发出了一种不使用抗生素杀死抵抗抗生素的超级细菌的新技术。Shu Lam研发出一种星形肽聚合物，能瞄准、渗透和破坏细菌的细胞膜。这项技术在实验鼠身上测试了六种抗生素抵抗的菌株，超级细菌在多代之后没有发展出抵抗SNAPP的能力。

SNAPP合成示意图

28、【Nature 重磅】世界首例自愈合弹性半导体研制成功，智能仿生机器人获突破

斯坦福大学鲍哲南等通过将刚性半导体聚合物与较软的材料结合在一起，制作出了像人体皮肤一样可以拉伸、形成褶皱、自我愈合的半导体，能够用于可穿戴设备、电子皮肤乃至柔性机器人。这种新的聚合物在拉伸到原来尺寸的两倍以后，仍然保持原有的导电性能，与非晶硅的导电性能一致（非晶硅是制作控制液晶显示像素的晶体管阵列时会用到的材料。

29、《Science》重磅文章，石墨烯+橡皮泥=超级传感器！！

Boland等人将石墨烯和轻度交联的聚硅树脂（俗称橡皮泥）混合，得到一种高性能的电力学传感材料：G-putty。研究发现，注入石墨烯的橡皮泥（“G-putty”）的电阻对极其轻微的变形或冲击非常敏感，能够检测小蜘蛛的脚步声。据信，该材料将在一系列医疗装置中找到应用。

30、神奇塑料片，让水变为氢

日本早稻田大学应用化学系的Nishide课题组创造性地使用了一种高分子聚合物，并将其开发成片状材料来使用，这种聚合物可以在电/有机催化作用下不断地将水转变为氢气。

▲图c为单体与聚合物的结构；图b是fluorenol与fluorenone的转化伴随着氢气的生成。简单地来说，酮结构在电还原的作用下生成双阴离子结构，该结构与体系中的水反应生成相应的醇，该醇在有机催化剂作用下又被氧化为酮，同时生成氢气。并循环这个过程。