热固性环氧树脂（TERs）在航空航天、风能以及电子封装等领域发挥着至关重要的作用。然而，由于这些特性在分子设计上的固有限制，传统热固性塑料都一直面临着“跷跷板”式的困境：提高玻璃化转变温度（T_g）通常会牺牲弹性及可再加工性。因此，开发兼具高性能和可再加工性的热固性塑料成为当前的研究热点。作者致力于一种创新的分子工程策略，将高能量耗散的酸碱离子对（ABIPs）及其催化下的动态共价键整合到密集交联的共价自适应网络中，以构建出具有高 T_g和超强机械性能的热固性塑料，从而实现热固性塑料高性能与可再加工性的结合。

  近日，天津大学化工学院汪怀远教授团队在高强韧多功能环氧热固性聚合物及其超疏水-导热复合材料取得重要进展。

  2026年1月6日，相关工作以“Constructing High-T_g and Ultra-Strong Multifunctional Thermosets Enabled by Acid-Base Ion Pairs”为题发表在《Adv. Mater.》期刊上。第一作者为天津大学化工学院焦学伟，通讯作者为汪怀远教授。该研究工作得到了国家重点研发、浙江省自然科学基金等的支持，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。

研究思路

  团队受到传统水性聚氨酯设计的启发，构建分子间相互作用来调控聚集行为为核心概念，提出了一种新的方法，即通过将具有强静电相互作用的三乙醇胺与刚性环氧-酐固化体系相结合，在刚性环氧-酐固化体系中原位形成一种新型离子再交联环氧树脂网络。

  通过分子工程设计将“酸碱离子对”超分子相互作用设计并引入至刚性聚合物网络中，从而构建出具有高T_g、高强韧的功能树脂材料，具体机理如下：

  （1）通过调控三乙醇胺与酸酐固化剂的结构及组份比例，设计并构建不同强度及含量的“酸碱离子对”，在聚合物中，其更易于分子链之间非共价交联点的形成，弥补共价交联的不足，增强聚合物的刚性和T_g。同时该相互作用还具有弱相互作用的特性，当聚合物经历形变时，通过不断断裂-重组等方式来耗散能量，从而改善刚性聚合物的韧性，以保证环氧树脂的高力、热性能；

  （2）“酸碱离子对”的“点-多点”的结构特性，使得多处阴阳离子之间均存在吸引力，进而在网络中诱导产生离子团簇。随着网络内密集“酸碱离子对”诱导的富电子簇的形成，有效电子相互作用的发生促进了电子在空间中的离域，导致团簇空间共轭的扩展，从而限制了分子内运动并促进了紫外线照射下的辐射转变。这种聚集诱导发光（CTE）不涉及荧光组分的物理掺杂或化学修饰，避免了费力的制备程序和荧光添加剂对机械性能的不利影响。一般来说，应用于防伪保护涂层的不可见荧光图案可以在紫外光下看到，但肉眼无法识别；

  （3）采用酸碱离子对和动态酯键协同诱导拓扑网络重排的方式，实现材料的再加工、自修复和绿色闭环回收。

图1. 共价自适应网络（SEP_-COOH）的设计理念

研究内容

  高含量“酸碱离子对”的引入，在交联网络中构建了丰富的非共价相互作用，不仅显著提升了材料的力学韧性和通用黏附性，还赋予其自愈合、荧光、可在加工等多重功能，综合性能优于以往多数共价自适应网络系统。其次，酸碱离子对对酯交换的内部催化效应前所未有，不仅整合了三级胺的内部催化和邻近基团的影响，还取得了突破。

图2. 先前的研究成果（a-c）与本研究（d）之间的差异性对比

  在“酸碱离子对”及分子内催化酯键的协同作用下，该体系能在数分钟内于高温下完成应力松弛，并支持开放式的表面微图案化加工，最终获得具有优异疏水性能和导热的复合涂层。

  通过研究优化，合成树脂SEP-COOH展现出高耐温、高强韧综合性能，其玻璃化转变温度（T_g>245℃）、优异的机械强度（78 MPa）和冲击韧性（8.2 MJ m^-2）的卓越组合，其性能表现可与低粘度树脂（Hexion和Toray RS-50）在结构应用领域相媲美。其次，ABIPs对酯交换反应的内部催化效应前所未有，不仅整合了叔胺的内部催化作用和邻基效应，更实现了性能突破。这种内建催化机制使超快速表面重构成为可能，从而实现超疏水性并提升复合材料的导热性能。韧性、热稳定性与可加工性的整合标志着环氧热固性树脂设计的突破，为可回收高性能聚合物提供了可持续的解决方案。

图3.共价自适应网络（SEP_-COOH）的动态性能及多功能特性示意图

  基于上述特性，团队进一步实现了“导热-超疏水涂层”的便捷制造。值得注意的是，经过热压印处理后，BNs/SEP_-COOH 复合材料的疏水性以及热导率进一步提高。总的来说，这种可重新编程性凸显了玻璃态聚合物材料的实用性以及通过热压印所取得的进展。其广泛应用有望实现疏水性和导热性的结合，从而实现先进智能材料的结构与功能的整合。

图4.基于SEP_-COOH 可再加工性的概念性展示及应用

  文章信息：

  Xuewei Jiao, Jian Gao, Yue Sun, Yanji Zhu, Ruitao Wang and Huanyuan Wang*. Constructing High-T_g and Ultra-Strong Multifunctional Thermosets Enabled by Acid-Base Ion Pairs. Adv. Mater., 2026, e12584.

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202512584.