借助可逆網(wǎng)絡中動態(tài)鍵在特定條件下的締合-解締合的反應，動態(tài)聚合物材料（DPMs）可以在外界刺激下進行網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)整。目前所使用的動態(tài)鍵可主要分為動態(tài)共價鍵與動態(tài)非共價鍵？偟脕碚f，動態(tài)共價鍵具有更高的鍵能，在室溫下通常穩(wěn)定，但其鍵松弛速率相對較低，一般需要催化劑輔助響應。相比而言，動態(tài)非共價鍵則表現(xiàn)出更低的鍵能和鍵強度，松弛動力學更快，無需催化劑即可實現(xiàn)溫和條件下的刺激響應。在動態(tài)非共價鍵之中，氫鍵因其可逆性、高度取向性、靈活的可設計性等，在多重網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)筑方面得到了廣泛的關(guān)注。
已有綜述文章大多聚焦于動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡及相關(guān)化學，討論動態(tài)非共價鍵，尤其是氫鍵相關(guān)材料的系統(tǒng)綜述較少。通過合理的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計，含氫鍵的動態(tài)聚合物材料能夠有效平衡動態(tài)性能和機械強度間的矛盾。因此，總結(jié)、回顧日益復雜的含氫鍵DPMs的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)對現(xiàn)有的研究工作具有重要意義，基于此，本綜述對近年來含氫鍵的DPMs的研究進展進行了總結(jié)、討論。
本綜述共引用了144篇文獻，從單一氫鍵可逆網(wǎng)絡、含氫鍵的雙重交聯(lián)網(wǎng)絡、三重交聯(lián)網(wǎng)絡三個維度介紹了聚合物體系中氫鍵網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀。作者團隊在此領域也做了系列工作，本文引用了18篇，從不同角度對氫鍵等動態(tài)鍵、多重網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的作用進行了研究。
圖1 2-脲基-4[1H]-嘧啶酮(UPy)的二聚體形成示意圖
第二部分總結(jié)了含氫鍵的雙重交聯(lián)網(wǎng)絡的研究進展，在氫鍵和動態(tài)共價鍵組成的雙重網(wǎng)絡之中，低鍵能的超分子氫鍵可作為能量耗散網(wǎng)絡，提供材料以高韌性，而高鍵能的動態(tài)共價鍵則可保證材料的強度、彈性及穩(wěn)定性。在提供優(yōu)異動態(tài)性的同時，兩者可協(xié)同改善材料的力學性能。采用含離子相互作用和氫鍵的雙重非共價網(wǎng)絡，能夠制備出高動態(tài)性、高機械性能、且具備導電性的聚合物材料，可作為柔性電子器件基底。特別的是，氫鍵和離子鍵可通過同一種基團被一并引入，這一特點擴展了基于氫鍵-離子鍵雙交聯(lián)網(wǎng)絡的設計性。利用氫鍵-金屬配位鍵協(xié)同交聯(lián)網(wǎng)絡，可以獲得兼具優(yōu)異機械性能和良好動態(tài)性的聚合物材料。在交聯(lián)網(wǎng)絡中，配位鍵網(wǎng)絡不僅發(fā)揮了動態(tài)特性，還可發(fā)揮犧牲鍵作用，用于網(wǎng)絡的增韌、增強。通過靈活選擇金屬-配體組合，還可賦予材料低溫自修復、熒光可調(diào)性等種種功能。
圖2 多種動態(tài)聚合物網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)演變示意圖
基于材料結(jié)構(gòu)設計策略和分子作用機制，本文總結(jié)回顧了含氫鍵的動態(tài)聚合物材料（DPMs）的多重網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)（圖2），探討了不同網(wǎng)絡對材料機械性能及動態(tài)性能的作用、影響。最后預測了含氫鍵的DPMs的未來發(fā)展趨勢，材料的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的研究會更加深入，在柔性電子材料、生物醫(yī)學材料等領域的研究趨勢將集中在提升動態(tài)和機械性能、實現(xiàn)多功能集成、提高環(huán)境友好性和生物相容性等方面。
本研究獲得國家重點研發(fā)計劃（2023YFB3709504）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2024.101890
