聚氨酯（PU）弹性体作为一类重要的高分子材料，因其优异的机械性能和广泛的应用前景而备受关注。然而，传统聚氨酯材料中普遍存在的强度与韧性之间的固有矛盾，限制了其在高端领域的应用，且其微相分离结构难以实现无损原位观测，严重制约了材料性能的精准优化。近日，中南民族大学超支化聚合物团队张道洪教授、姜宇教授与阿卜杜拉国王科技大学Nikos Hadjichristidis教授合作，在超支化聚氨酯弹性体的结构设计、性能优化及微观结构原位可视化方面取得重要研究进展。

  相关成果以“In Situ Visualization of Microphase Separation in High-Performance Hyperbranched Polyurethane”为题，发表在高分子科学顶级期刊《Macromolecules》上（DOI: 10.1021/acs.macromol.5c02875）。中南民族大学化材学院硕士研究生韦靖媛为论文第一作者，张道洪教授、姜宇教授为论文通讯作者，中南民族大学为论文第一署名单位。

  为了克服传统聚氨酯在机械性能上的瓶颈，本工作创新性地设计制备了一种以超支化聚酯（HPAE）为双功能单体的高性能非传统荧光聚氨酯（PU-HPAE_x）。HPAE分子同时充当交联点和非传统荧光探针，利用超支化拓扑结构可同步调控其交联网络与微相分离结构，协同提升强度与韧性，使其展现出卓越的综合机械性能：拉伸强度高达65.80 MPa，断裂伸长率达1031.70%，韧性达到185.3 MJ m^-3，成功突破了传统材料中强度与韧性的矛盾。

  同时，超支化拓扑结构可诱导增强聚合物网络内部基团间的空间共轭作用，提升其非传统荧光特性（量子产率高达11.16%）。基于该荧光性能，实现了材料微米级相分离及其动态演化的原位无损可视化监测，为深入解析材料的构效关系提供了直接观测手段。

  此外，该超支化聚氨酯弹性体还展现出优异的刺激响应荧光特性。其荧光强度能够对外部机械应变和环境湿度的变化做出灵敏响应。这一特性，结合其本身卓越的力学性能，使其在智能传感领域展现出巨大的应用潜力，例如可用于开发新型的可视化形变传感器或湿度检测器件。

图1. 超支化聚氨酯弹性体（PU-HPAE_x）构筑策略

图2. 超支化聚氨酯弹性体（PU-HPAE_x）结构表征

图3. 超支化聚氨酯弹性体（PU-HPAE_x）机械性能表征

图4. 超支化聚氨酯弹性体（PU-HPAE_x）荧光性能表征

图5. 超支化聚氨酯弹性体（PU-HPAE_x）微相分离荧光可视化

图6. 超支化聚氨酯弹性体（PU-HPAE_x）的荧光响应行为

  张道洪教授领衔的超支化聚合物团队入选了湖北省自然科学创新群体、湖北省科技创新团队和国家民委创新团队。依托催化转化与能源材料化学教育部重点实验室和超支化聚合物合成与应用技术湖北省工程研究中心，主要围绕超支化聚合物“基础理论-关键技术-工程化与应用示范”创新链展开应用基础研究。近年来，团队在超支化拓扑结构精准调控（Chem. Soc. Rev. 2024, 53, 624; Angew. Chem. 2022, 61, e202211713; Chem. Eng. J. 2025, 521,166591；Macromolecules, 2025, 58, 6512）、超支化聚合物结构与性能调控（Adv. Mater. 2024, 36, 2308434; Angew. Chem. 2023, 62, e202310832; Prog. Mater. Sci. 2022, 130, 100977; Nat. Sustain., 2020, 3, 29）、超支化聚合物循环回收利用（Nat. Commun. 2024, 15, 4869; Macromolecules, 2023, 56, 5290; Chem. Eng. J. 2023, 471, 144329）等领域取得了一系列研究进展，推动相关学科快速发展。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02875