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  高模量聚合物通常依賴于高交聯密度和強分子間相互作用，而高阻尼聚合物則主要通過鏈段的滑移和摩擦來耗散能量。這種本質上的矛盾導致了一個長期存在的難題：如何同時實現聚合物的高模量與高阻尼。

  近期，蘇州大學嚴鋒教授、李維政教授團隊提出了一種由側鏈離子相互作用主導的“內聚纏結”策略，通過引入小分子離子液體作為抗衡離子，精確調控兩性離子聚合物的側鏈相互作用。所得材料在保持0.9 GPa高模量的同時，實現了高達1.5的阻尼系數。這一突破性的策略成功平衡了模量與阻尼的矛盾，為抗沖擊涂層及減振系統等材料的設計提供了新思路。

  2026年1月28日，該工作以“High-modulus and High-damping Ionic Polymers Enabled by Cohesive Entanglement”為題發表在《Advanced Materials》上。文章的通訊作者為嚴鋒教授和李維政教授，博士研究生劉子央和王嘯威為第一作者。

圖一高模量高阻尼材料的結構設計和耗能機制示意圖

  與主要影響聚合物在玻璃化轉變溫度以上行為的傳統拓撲纏結不同，內聚纏結主要由玻璃化轉變區域以下的范德華力、氫鍵和離子鍵等局部相互作用主導。團隊通過酸堿中和反應合成了兩性離子聚合物（AIPs），利用側鏈中帶相反電荷的離子單元產生的靜電吸引力來增強聚合物。同時引入小分子離子液體作為調節劑，對側鏈間的內聚纏結進行微調。在受到沖擊時，聚合物鏈上的離子鍵會發生可逆的解離與重組，這種動態過程不僅能夠有效地耗散能量，而且由于離子鍵的高鍵能，在未解離狀態下又能維持聚合物網絡的高模量。

圖二聚合物機械性能表征

  在壓縮力學測試中，AIPs能夠承受95%的壓縮應變而不破裂，且壓縮強度高達2.2 GPa。同時，該材料表現出顯著的應變強化。利用分離式霍普金森桿進行的高應變率沖擊測試表明，隨著沖擊速率從1200 s^-1增加到2700 s^-1，AIPs的壓縮強度從32.54 MPa激增至125.57 MPa，沖擊韌性也隨之大幅提升。這種應變硬化行為源于高應變率下離子鍵的動態交聯限制了分子鏈的滑移，使得材料在高速撞擊瞬間強化以抵抗沖擊，同時通過鍵的斷裂重組大量耗散能量。

圖三AIPs的沖擊防護演示

  為了直觀展示AIPs的實際應用潛力，團隊進行了一系列沖擊實驗。將AIPs薄膜置于振動源與傳感器之間，能夠顯著減少力的傳遞，效果遠優于同等厚度的商用PDMS薄膜。在模擬實驗中，未加保護的手機屏幕在鋼球沖擊下瞬間粉碎，貼有商用鋼化膜的屏幕雖然未粉碎但出現了明顯的裂紋擴散。而涂覆了200 μm厚的AIPs涂層的屏幕，在同樣的沖擊下完好無損。壓敏紙和壓力傳感器陣列的測試結果顯示，AIPs涂層能夠將集中在一點的尖銳沖擊力有效地分散到更廣的區域，從而將峰值應力降低60%以上，避免了應力集中導致的脆性斷裂。

  該工作通過基于側鏈離子相互作用的內聚纏結策略，成功制備了兼具高模量與高阻尼的兩性離子聚合物。通過調控抗衡離子的類型與數量，實現了對材料微觀鏈段動力學和宏觀機械性能的調控。

  嚴鋒教授團隊長期致力于離子液體的功能化設計及其在聚合物材料中的應用研究，團隊在離子聚合物的結構-性能構效關系及新型功能材料開發方面取得了一系列重要進展。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202517751