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  復合材料的宏觀力學性能（如強度與韌性）本質上源于其微觀結構中高分子鏈段與填料間的相互作用機制，二者常呈現顯著的性能權衡關系。在傳統復合材料中，微觀界面依賴大量靜態的高能共價鍵連接，該結構在受力斷裂時易發生不可逆破壞，導致材料失穩，嚴重制約其在極端或特殊環境下的應用。因此，從理論層面深入探索填料與高分子基體間動態、可重構的物理-化學作用機制，不僅對理解多級結構與宏觀性能之間的構效關系具有重要科學意義，也為設計新一代高性能復合材料提供了關鍵的理論依據與創新路徑。

  鑒于此，西南科技大學常冠軍教授、康明教授等通過引入高能量的Li⁺-π相互作用驅動納米二氧化硅微球發生“滾動行為”，在環氧樹脂復合材料中成功實現了強度與韌性的協同提升。實驗結果顯示，改性后材料的斷裂伸長率達到18.48%，拉伸強度為95.32 MPa，靜態韌性顯著提高至12.01 MJ m?3，相較于原始環氧樹脂，強度提升57.24%，韌性增幅達636.81%。本研究不僅利用了Li⁺-π相互作用在能量耗散和動態重構方面的獨特優勢，還揭示了微球在滾動過程中通過自適應角度變化實現運動強化的新機制，為多尺度界面相互作用調控提供了新視角，對發展高性能復合材料具有重要指導意義。

  該滾動機制不僅可經由機械或熱激活觸發，具備顯著的熱-力等效特性，更為開發可在室溫下機械觸發自修復的高性能熱固材料提供了全新的理論路徑與設計思路，有望廣泛應用于高端裝備、航空航天及柔性結構等前沿工程領域。

  相關工作以“Synergistic Strengthening and Toughening of Epoxy Composites via Li⁺-π Interaction Induced Microsphere Rolling Mechanism: Rotational Stability and Wide-Range Effect”為題發表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上（DOI: 10.1002/adfm.202509971），西南科技大學材料與化學學院材料科學與工程專業在讀博士研究生唐巧林為本文第一作者。

圖1. 基于高能Li⁺-π相互作用旋轉穩定性和寬范圍效應的微球滾動機制

圖2. Li⁺-π相互作用的旋轉穩定性優勢以及復合材料的分子動力學拉伸模擬

圖3. 復合環氧樹脂的機械性能以及Li⁺-π相互作用驅動的微球滾動機制示意圖

圖4. 復合環氧樹脂的熱性能

圖5. 復合環氧樹脂的回收加工以及自愈合性能

  此項工作是團隊在高強韌聚合物材料制備與應用研究領域取得的重要進展之一。在實際應用中，強度與韌性是決定聚合物材料使用性能的兩大關鍵指標。然而，受限于聚合物材料自身的物理化學特性，如何在不犧牲一方的前提下實現強度與韌性的協同提升，始終是該領域面臨的重大挑戰。基于此，團隊系統開展了利用動態共價鍵（Nat. Commun. 2022, 13, 3231）及動態非共價作用（如陽離子-π相互作用, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111021）協同調控聚合物材料強度與韌性的研究。結果表明，動態鍵的引入可憑借其可逆的“斷裂-重構”機制，在材料受載過程中實現持續的能量耗散，從而有效緩解強度與韌性之間的傳統矛盾，為高性能聚合物材料的設計提供了新思路（Chem. Eng. J. 2021, 414, 128820；Macromolecules. 2025, 58, 7862-7870）。基于“球體滾動可高效傳遞能量”——這一經典力學原理，團隊前期創新提出了高分子基底中微球填料通過滾動實現能量耗散的“微球滾動機制”（Adv. Mater. 2025, 37, 2415485）。在本文中，研究進一步借助高能Li⁺-π相互作用的動態“斷裂-重構”特性，成功在更廣角度范圍內維持微球的持續滾動，顯著增強了復合材料內部能量耗散能力，從而將強度與韌性的協同提升推向新高度。該策略不僅深化了對動態界面行為與宏觀性能間關聯的理解，也為發展新一代高性能、功能化復合材料提供了嶄新的設計思路與研究路徑。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202509971