超分子材料因其独特的物理化学特性广泛应用于航空航天、固态电池、橡胶轮胎、仿生生物医药学等高新技术产业领域。合成超分子材料的生物医学和工业应用需要事先确定其机械强度和韧性。然而，实现具有高强超韧粘弹特征的超分子材料，是现今高分子动力学与流变学等研究领域所关心的核心难点问题之一。特别是，由交联和纠缠结构组成的超分子凝胶材料通常具有较高的机械强度，但韧性有限。为了在极端条件下如高压和快速强迫变形下仍能正常运行，这些超分子材料必须具有足够的强度和韧性来抵抗和消散外部冲击的破坏效应。具有各种化学和物理特性的纳米颗粒已被广泛应用于开发新型功能性超分子纳米复合材料。当它们的尺度与交联或纠缠超分子网络的网格尺寸相当或更大时，掺入纳米颗粒的动力学大多与基质链的结构松弛相关。在这种情况下，基质链的结构松弛仍然由链段的热运动驱动，而纳米颗粒由于它们的耦合运动无法对超出其尺度的基质链的松弛做出贡献。因此，通过纳米颗粒掺杂来实现超分子材料高机械强度与大韧性的结合是设计具有强大快速变形能力的功能性超分子材料极具挑战性的任务。

图一：超分子凝胶中活性纳米颗粒的非平衡热力学统计

  通过Rouse模式分析来确定不同长度尺度上超分子链的结构弛豫谱。含有非活性纳米颗粒的凝胶中的超分子链在大于网格尺寸的长度尺度上没有松弛，这证明非活性纳米颗粒无法破坏超分子链的缠结结构。相反，在含有活性纳米颗粒的凝胶中得到的超分子链松弛自相关函数在所有长度尺度上都可以用拉伸指数函数来拟合，观察到的类似于无缠结链的弛豫光谱表明，活性纳米颗粒在有效减少超分子链的缠结方面发挥了动力学作用。而对于松弛时间和拉伸因子的分析表明由于活性纳米颗粒触发的超分子链弛豫对子链轮廓长度的依赖性比通常在聚合物链缠结熔体中发现的链要大得多，且超分子链受到活性纳米颗粒的均匀干扰。为了将活性纳米颗粒触发的超分子凝胶粘弹性变化与超分子凝胶的松弛定量地联系起来，计算了应力松弛模量的傅立叶变换，得到了各自的存储（弹性）模量G′(ω)和耗散（粘性）模量G′′(ω)。在添加的纳米颗粒中引入活性后，在很大的频率范围内，弹性模量和粘性模量同时增强，这是由于应力松弛模量在短时间尺度的提升和应力松弛模量在长时间尺度的加速松弛。这些由活性纳米颗粒引发的流变变化是由缠结和交联的超分子组成的凝胶机械强度和韧性得到改善的原因。

  论文链接 https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c02488