近期，天津大学刘文广教授/杨建海教授团队提出一种新颖的“溶剂极性诱导”策略，通过简便的一锅合成工艺，成功制备出具有优异力学性能的超分子纯两性离子聚合物有机凝胶。通过调节二元醇类溶剂的极性，调控凝胶网络中聚合物链之间的氢键和偶极-偶极相互作用，可有效调节聚两性离子有机凝胶的力学性能。这些有机凝胶展现出卓越的力学性能，包括拉伸强度为1.5 MPa、断裂伸长率为669%、韧性为3.2 MJ/m3，以及粘附强度高达506 kPa。此外，这种两性离子聚合物有机凝胶表现出优异的冲击响应性能（最大应变硬化比达140倍，最大冲击硬化比达450倍）和能量耗散性能（能量耗散比超过60%，在1 Hz频率下损耗因子最大达2.0），这主要归因于分子间的内摩擦作用。值得注意的是，聚合物侧链上的两性离子基团与有机溶剂之间的协同作用，使这些有机凝胶即使在低温环境中也能保持机械柔韧性和减震吸能能力。

  近年来，两性离子聚合物凝胶因其独特的结构和性能（如出色的表面水合性、抗冻性和自黏附能力）而受到广泛关注。然而，由于两性离子基团与水分子之间强烈的水合作用，会削弱聚合物链之间的偶极-偶极相互作用，这使得两性离子聚合物水凝胶通常表现出弱且脆的特性，严重限制了其在承重应用中的实际应用。目前，人们已通过多种力学增强策略（如双网络、三网络、聚合物链缠结及强物理相互作用等）构建出具有优异力学性能的纯两性离子聚合物凝胶。但这些策略通常需要对聚合物网络结构进行精确调控，或对单体结构进行复杂的分子设计，涉及的合成过程耗时且不经济。值得指出的是，纯两性离子聚合物凝胶在个人防护、工业安全以及柔性电子等领域展现出独特优势，特别是在自黏附与抗冻性能方面。它们出色的粘附性使其能牢固附着于多种基底表面，并可通过聚合物链段间的内摩擦有效缓解冲击与震动带来的损伤，即便在低温下亦能提供可靠防护，为防护材料带来了新的发展机遇。目前尚无纯两性离子聚合物凝胶被报道用于需兼具高力学强度、优异抗冲击性与缓震性能的防护材料。

  天津大学刘文广教授/杨建海教授团队提出了一种新颖的“溶剂极性诱导”策略，成功制备出具有优异力学性能的纯超分子两性离子聚合物有机凝胶。通过逐步调节二元醇溶剂的极性，可以有效调控这些有机凝胶的力学性能。在极性较低的溶剂中，聚合物链上两性离子基团与溶剂的相互作用被削弱，从而诱导聚合物链之间形成更强的氢键和偶极-偶极相互作用，从而提升凝胶的力学性能。相较于传统的化学交联两性离子聚合物水凝胶，这种溶剂极性诱导的两性离子聚合物有机凝胶展现出强韧，高阻尼，冲击硬化及抗冻等优异特性（图1）。值得注意的是，这些超分子两性离子聚合物有机凝胶可通过一步光聚合反应制备完成，无需任何化学交联剂。所得两性离子聚合物有机凝胶展现出优异的力学性能，包括：拉伸强度达1.5 MPa，断裂伸长率为669%，韧性达3.2 MJ/m3，能量耗散比达60%，粘附强度高达506 kPa（图2-4）。此外，这种两性离子聚合物有机凝胶因聚合物链段间的高内摩擦力，展现出多维度的冲击响应与卓越阻尼性能，表现为应变硬化比高达140倍、冲击硬化比达450倍、损耗因子约为2.0（图5-6）。最后，作者验证了这种两性离子聚合物有机凝胶在低温环境下的应用潜力（图7）。本研究为开发兼具抗冲击、缓震能力以及低温适应性的柔性防护材料开辟了新途径。

图1 传统两性离子聚合物水凝胶与通过溶剂极性诱导所制备的两性离子超分子聚合物有机凝胶的对比

图2 PCBOH有机凝胶的制备及力学性能

图3 PCBOH有机凝胶的能量耗散性能

图4 PCBOH有机凝胶的粘附性能

图5 PCBOH有机凝胶的冲击硬化与应变速率依赖的力学性能

图6 PCBOH有机凝胶的阻尼性能

图7 PCBOH有机凝胶的抗冻性能

  上述研究工作以“Solvent Polarity-Induced Ultrahigh Strength Supramolecular Polyzwitterionic Organogels with Impact-Stiffening, Damping, and Anti-Freezing Properties”为题发表于《Small》，天津大学材料学院硕士生王昊伦为论文第一作者，天津大学材料学院杨建海教授为本文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助。

  原文链接 https://doi.org/10.1002/smll.202501737