天然蛛丝具有层级结构，其中β-晶簇作为固定和动态交联位点，赋予蛛丝优异的力学强度与韧性，这启发了动态交联网络的设计策略。近年来，基于主客体相互作用的滑环交联策略因能通过拓扑重排松弛应力、提升材料韧性而受关注，但分子尺度上拓扑结构变化引发的应力传递与网络失效机制尚不明确，尤其滑环分子在复杂网络中的应力耗散机制缺乏研究；虽已有实验将滑环分子引入共价网络制备出高性能双交联网络（DCN）材料，但受限于实验表征技术，难以直接观察分子尺度下环的运动与网络断裂过程，DCNs的两种交联模式协同效应与网络解体的分子机制仍未完全明晰。

  近期，南开大学刘遵峰课题组利用粗粒化分子动力学（CGMD）模拟方法研究了双交联网络（DCN）在单轴拉伸下的变形与断裂解体行为，量化分析滑环交联比例对网络应力-应变响应、链构象演变、局部应力异质性及环滑动动力学的影响。最终阐明滑环与共价交联协同增强材料力学性能的分子机制。模型表明，仅含滑环的网络在受力时会出现更显著的环聚集和链滑移，导致多折叠的轴链伸直和展开，最终形成高度取向的构型。相比之下，DCN利用共价锚点来调控滑环的运动，稳定多折叠链结构，并平衡能量耗散与结构完整性。这些分子层面的见解得到了实验的支持。通过调节滑环交联比例并引入 Zr⁴⁺离子调节分子间相互作用，成功制备了具有卓越拉伸强度（1.18GPa）和韧性（135MJm^?3）的人造蛛丝纤维。

图1. 滑环与共价交联协同的分子机制以及不同滑环交联比例的DCN的粗粒化网络模型（透明蓝色为聚合物珠粒，品红色为共价交联纳米颗粒，黄色为滑环交联剂的轴链，绿色为滑环分子。从完全共价交联网络过渡到完全滑环交联网络）。

图2. 滑环交联比例(f_slide)对交联网络结构和力学性能的影响。(a) CN,SCN,DCN_0.5纤维的取向因子(f?)随应变变化图，插图为SCN与DCN_0.5在0%和300%应变下的 2D SAXS 图谱；(b)不同f_slide的 DCN 纤维的实验应力-应变曲线，插图为对应CGMD的模拟应力-应变曲线；(c)不同应变下DCN_0.5断裂横截面的SEM图像；(d) 不同应变下SCN断裂横截面的SEM图像；(e) DCN_0.5从初始状态到400% 应变的CGMD拉伸快照；(f) SCN从初始状态到400%应变的CGMD拉伸快照。

图3. 滑环网络(SCN)与双交联网络(DCN)在单轴拉伸下的链构象演变、局部应力异质性以及环滑动动力学的定量研究。(a)不同应变下SCN体系中代表性的滑环交联剂的快照；(b) 不同应变下DCN_0.5体系中代表性的滑环交联剂的快照；(c) DCN_0.5与SCN体系中轴链在拉伸方向的局部应力分布云图；(d) 不同f_slide网络在不同归一化应变下环沿轴链分布演化；(e) 不同f_slide的轴链的链端与中部珠子的局部应力比(σ?/?)随应变的演化；(f) DCN_0.5与SCN体系中环的平均滑动位移(D_slide)随应变的函数；(g)轴链的平均折叠层数随应变的函数。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02101

南开大学刘遵峰教授课题组招收博士生（2026年入学）、师资博士后

  学科方向：材料学、化学、高分子、物理、生物学、纺织与纤维、金属、计算模拟、电子信息等学科

  刘遵峰教授，国家杰青，在Science、Nat. Commun、AM等期刊发表论文100余篇。实验室的主要科研方向是弹性器件、人工肌肉、可穿戴设备、固态制冷等。率先发展了基于捻曲结构的蚕丝等全天然纤维材料的智能响应性织物。研制了“捻曲核壳结构”的水凝胶纤维，实现了类蜘蛛丝的多层次结构特征，通过有机高分子合成实现了接近天然蜘蛛丝的强度和韧性。捻曲结构减小了材料的熵，使弹性体的制冷效率从32%增加到67%。并发现了多种基于捻曲结构的弹热制冷材料，拓展了固态制冷技术的范畴。发展了基于零泊松比褶皱结构的弹性导体，并实现了导电通路的调控，制备了200%应变下高线性的电阻型应变传感器，解决了电阻型应变传感器大形变下线性差的问题；并基于此，构建了多层次协同作用的模拟神经传导、应变传感、驱动为一体的人工肌肉纤维。

  1.高强韧纤维、智能材料

  2.人工肌肉、传感器

  3.纳米材料、扭热制冷等

  课题组网址：https://liuzunfeng.nankai.edu.cn

  1.博士招收采取推免制，具有独立的科研能力，英语水平良好（6级或其它相当水平），具有发表英文学术论文经验；性格开朗，有良好的团队合作和对外沟通能力；

  2. 能够协助合作导师管理和完成科研项目并协助指导研究生。

  3. 要求应聘人员工作认真负责，踏实肯干，具团队精神。

  4. 师资博士后待遇优厚，分为A、B档等，待遇优厚，子女入学托。

  具体可参考南开大学博士后招生网站：https://rsc.nankai.edu.cn/2024/1231/c13662a561059/page.htm

应聘方式

  （一）请应聘者将简历及相关证明材料（文章、成果情况等）通过邮件，以“应聘岗位＋姓名”为主题发送至以下邮箱：liuzunfeng@nankai.edu.cn

  （二）将以邮件或电话的方式通知通过初选的应聘者，前来参加本单位组织的笔试或面试。

代表性论著:

1.Zunfeng Liu, Shaoli Fang*, Ray H. Baughman* et al. Hierarchically Buckled Fibers for Superelastic Electronics, Sensors, and Muscles, Science, 2015, 349(6246): 400-404.

2. Run Wang^#, Shaoli Fang^#, Zunfeng Liu*, Ray H. Baughman* et al. Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers, Science, 2019, 366(6462): 216-221.

3. Kaiqing Yu, Chao Li, Wenhui Gu, …, Meifang Zhu*, Xiang Zhou*,Zunfeng Liu*. High-strength cellulose fibres enabled by molecular packing. Nature Sustainability, 8, 411–421 (2025).

4. Xiang Zhou, Shaoli Fang, Xueqi Leng,Zunfeng Liu,* and Ray H. Baughman*. Power of the Fiber Twist. Acc. Chem. Res.2021,54,2624?2636

5. Yuanyuan Dou,Zunfeng Liu* et al. Artificial Spider Silk from Ion-Doped and Twisted Core-Sheath Hydrogel Fibres, Nat. Commun, 2019, 10, 5293.

  下载：论文原文。