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Angew. Chem.:有机-无机共聚合制备均相复合材料
发布:Iron_MAN10   时间:2019/12/23 9:25:51   阅读:1858 
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有机-无机复合材料特别是聚合物-无机复合材料兼具有机物的韧性和无机物的强度,是材料科学与工程领域最重要的发展方向。由于有机和无机材料在形成方式过程存在显著的不同,复合材料中的无机相处于非均匀分散及团聚状态,这一相分离的结构行为制约着复合材料性能的提高。虽然通过无机纳米材料及其组装可进一步提升有机-无机复合材料,然后有机—无机相界面仍然无法消除。能否构建出具有均相结构特征的有机—无机复合物是材料领域的一个重大科学挑战。

最近,浙江大学化学系的唐睿康教授(点击查看介绍)团队通过无机离子寡聚体的聚合交联成功实现了碳酸钙等一系列无机材料的可塑制备,进而提出了无机聚合新反应体系 (Nature, 2019, 574, 394-398)。在此工作基础上,该团队最近使用有机小分子单体和无机离子寡聚体作为前驱体,通过有机—无机共聚反应在分子层次上实现复合材料内部有机和无机组分的相互交联,消除相界面从而大幅提升复合材料的结构性能。该工作表明一种全新的有机—无机共聚反应体系的建立,相关研究成果发表在化学权威期刊《德国应用化学》 (Angewandte Chemie International Edition)上并被审稿人评为VIP论文。论文的第一作者是浙江大学化学系博士生余亚东,共同通讯作者是浙江大学化学系刘昭明博士和唐睿康教授。
 

图1. 以磷酸钙寡聚体(CPO)和丙烯酰胺小分子单体(AM)为前驱体,通过有机—无机共聚反应获得新型的聚丙烯酰胺—磷酸钙复合材料具有光学透明和高强力学等特征。

在该工作中,研究者以丙烯酰胺小分子单体 (AM) 和磷酸钙离子寡聚体 (CPO) 分别作为有机和无机前驱体,通过自由基聚合、寡聚体聚合/交联、有机-无机氢键等作用实现两者之间的共聚交联并获得新型的聚丙烯酰胺—磷酸钙均相共聚物。该共聚复合物与传统复合材料相比拥有以下特点:(1)是由单体/寡聚体在分子水平的交联聚合构建形成的,多重分子(离子)与分子(离子)间作用力保证有机和无机单元之间的相互交融,如有机—有机共价键,有机—无机氢键,无机—无机离子键。(2)材料内部结构是完全连续均匀的,找不出特定的有机或无机相,因此也不存在有机—无机界面。(3)由于其独特的均相连续结构,该共聚复合材料具有高度的光学透明性,可以作为透光器件;在力学上性能上更得到了显著的提升:制备所得聚丙烯酸—磷酸钙复合材料的模量与硬度分别可达35.14 ± 1.91 GPa和1.34 ± 0.09 GPa,远超文献报道中传统聚丙烯酸基复合材料的最高值(分别为11.63 ± 0.84 GPa 和 0.54 ± 0.18 GPa),充分体现出有机—无机共聚物的结构性能优势。
 

图2. 聚丙烯酸(PAM)、聚丙烯酸与磷酸钙纳米颗粒复合材料(PAM-NP)和聚丙烯酸—磷酸钙共聚材料(PCC)间的对比及PCC材料特有的内部连续均相结构特征。


图3. 聚丙烯酸—磷酸钙共聚材料(PCC)的光学通透性及与其他聚合物及复合材料的力学性能对比,体现出显著的优势。

该论文中所提出的有机-无机共聚反应进一步融合了有机与无机化学的合成体系,为功能复合材料的制备与发展提供全新的策略。

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913828):

Organic-inorganic copolymerization for homogenous composite without interphase boundary
Yadong Yu, Zhao Mu, Biao Jin, Zhaoming Liu, Ruikang Tang
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201913828

导师介绍

唐睿康
https://www.x-mol.com/university/faculty/14397


来源:X-MOL
 
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