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  聚碳酸酯（PC）綜合性能優良，用量居“五大工程塑料”之首。近年來，由于5G通信、人工智能等新技術的崛起，PC逐漸在電子設備、無人駕駛、通信基站、智能家居、建筑采光等領域嶄露頭角。但PC對缺口沖擊敏感，且阻燃等級不足，由此易引發火災、熱失效和機械失效，限制了PC產品的適用場景。傳統策略通常以犧牲綜合性能為代價來降低火災隱患，制備阻燃、耐熱、強韌、透明的PC復合材料仍是一項挑戰。

  有鑒于此，研究人員以稀土金屬為配位中心、以DOPO及其衍生物為配體，通過調控化學組成和微觀形貌，制備出了兩種與PC相容性良好的稀土配合物。這一設計策略將稀土金屬以更穩定的方式引入至PC中，又結合了稀土金屬凝聚相捕捉自由基和催化成炭作用與有機磷氮阻燃體系膨脹阻燃作用的優勢，在提高了PC的阻燃性能、降低煙毒氣體釋放的同時，保持了PC優良的耐熱、強韌、透明等綜合性能。

圖1. Ce(DPA)₃配合物的結構、PC/Ce(DPA)₃復合材料的綜合性能

  其中，3 wt%的Ce(DPA)₃就可以分別使PC在垂直燃燒中通過工業中嚴格的UL-94 V-0級；峰值熱釋放速率（PHRR）下降了55%、總煙霧釋放量（TSR）則降低了24%。憑借PC分子鏈與配體間較強的π-π相互作用，配合物均以小于可見光波長的亞微米級尺度分散于聚合物基體中，因此，拉伸強度和透明性基本同本體PC相當，且3 wt%的Ce(DPA)₃使PC的缺口沖擊強度和斷裂伸長率分別提升了20%和59%。與現有報道相比，所制備的PC復合材料表現出更全面的綜合性能，可獲得應用的場景和產品范圍大大拓寬。

圖2. 阻燃機理分析：(a) PC、(e) PC/DPA-3 和 (i) PC/Ce(DPA)₃-3的3D TG-IR譜圖；(b-d) PC、(f-h) PC/DPA-3和(j-l) PC/Ce(DPA)₃-3燃燒后殘炭層的宏觀數碼照片和微觀SEM圖像

圖3. PC/Ce(DPA)₃-3復合材料在熱分解過程中凝聚相產物的變溫XPS光譜：(a) P 2p、(b) C 1s

  通過TG-IR、py-GC-MS等技術原位檢測了氣相中的熱裂解成分；通過不同降解階段產物的升溫間歇采樣，以XPS、IR等手段分析了凝聚相中材料化學結構的演變歷程，氣相-凝聚相并舉，深入探索了稀土配合物對PC熱降解和燃燒炭化過程的影響，提出了完整的阻燃改性的機理。

  相關成果以“Fabrication and mechanism study of cerium-based P, N-containing complexes for reducing fire hazards of polycarbonate with superior thermostability and toughness”（鈰基P, N配合物的制備及其在聚碳酸酯阻燃、增韌、耐熱改性中的機理研究）為題，發表于ACS Applied Materials & Interfaces。浙大寧波理工學院、浙江大學高分子科學與工程學系等為共同署名單位，論文第一作者為博士生賽霆，通訊作者為冉詩雅副教授和方征平教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c07153

  此外，團隊以制備高性能火安全PC復合材料為目的，發表了一系列基于稀土金屬基阻燃劑的研究成果，原文鏈接如下：

  Chemical Engineering Journal （https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128223）

  Composites Part B-Engineering （https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107198)

  Composites Part B-Engineering （https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.1080640）

  高分子學報 （http://doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2019.19108）