【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在全球能源危機(jī)與環(huán)境污染治理的雙重挑戰(zhàn)下，開(kāi)發(fā)可再生的生物基材料是替代傳統(tǒng)塑料、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。作為最具潛力的生物基平臺(tái)化合物之一，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)基聚酯卻長(zhǎng)期受困于強(qiáng)度-韌性-阻隔性的“性能三角”權(quán)衡難題——高強(qiáng)材料脆如玻璃，高韌材料強(qiáng)度不足，其綜合性能難以匹敵石油基工程塑料。
基于此，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)在前期聚酯復(fù)合材料空間限域組裝(Adv. Funct. Mater. 2025, 2421006；Chem. Eng. J. 2025, 519, 165390; Green Chem. 2025, 27, 743；Chem. Eng. J. 2023, 417, 144377)、分子-界面協(xié)同強(qiáng)化(Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2308631；Small 2024, 20, 2406958；Mater. Today Nano 2024, 25, 100463；Giant, 2024, 18, 100264)、原位催化-復(fù)合一體化(Nano-Micro Lett. 2025, 17, 161; Nanoscale 2023, 15, 8870)等研究基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地提出“納米限域結(jié)晶”策略構(gòu)筑高性能仿生偽礦化聚酯材料。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)并原位合成的二氧化鈦納米顆粒(TiO2NPs成核位點(diǎn))接枝超大長(zhǎng)徑比氮化硼納米片(BNNSs，長(zhǎng)徑比>2600)作為層狀模板，誘導(dǎo)聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)在二維納米空間內(nèi)進(jìn)行原位受限結(jié)晶和取向生長(zhǎng)，形成有序“磚-泥”多尺度雜化結(jié)構(gòu)聚酯復(fù)合材料(PMP)。
PMP材料拉伸強(qiáng)度高達(dá)92MPa、模量達(dá)3.1GPa，同時(shí)保持高于173%的斷裂伸長(zhǎng)率，氧氣阻隔性提升5倍，并具備優(yōu)異的紫外線屏蔽能力。“納米限域結(jié)晶”策略成功解決了生物基呋喃聚酯“強(qiáng)-韌-阻”難以兼得的關(guān)鍵共性科學(xué)難題，為生物基塑料替代高性能石油基工程塑料提供了創(chuàng)新范式。
該成果以“Overcoming Strength-Toughness Tradeoff of Furandicarboxylic Acid-Based Polyester via Nanoconfined Crystallization”為題發(fā)表于ACS Nano。寧波材料所丁紀(jì)恒博士為第一作者，王靜剛教授級(jí)高工和路偉研究員為通訊作者。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金(52473104)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2022YFC2104500)、浙江省自然科學(xué)基金(Y24B040002)、寧波市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2024Z071)、中國(guó)博士后科學(xué)基金(2023M733601)和寧波市自然科學(xué)基金(2023J409)等的資助。
基于“納米限域結(jié)晶”構(gòu)筑的高性能仿生聚酯
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