高分子材料前沿研究成果精选【第1期】
本篇汇总将带大家阅览近期各类高分子材料的最新研究进展。
1、Adv.Mater.：基于用于近场能量收集电路的高性能共轭聚合物有机二极管整流器
近日，来自剑桥大学的Henning Sirringhaus（通讯作者）报道了在塑料基板上制造的能够整流高频射频识别信号（13.56 MHz）的有机二极管，具有足够的功率来操作交互式智能。 将高性能共轭半导体（二烯二噻吩 - 苯并噻二唑共聚物）与精心优化的结构相结合，可以满足基于有机半导体的逻辑芯片的电气要求。
文章链接：Organic Diode Rectifiers Based on a High-Performance Conjugated Polymer for a Near-Field Energy-Harvesting Circuit (Adv.Mater.,2017, DOI: ）
2、Energy Environ. Sci ：基于吲哚的共轭大分子作为超高功率超级电容器的氧化还原介导的电解质
平衡能量密度和功率密度一直是超级电容器成立以来的一个关键挑战。在支持电解质中引入氧化还原活性添加剂可以增加能量密度，然而在该过程中功率密度和循环稳定性受到严重阻碍。近日，来自新加坡国立大学的 Xiaolei Huang 和Junmin Xue（共同通讯作者）报道了一种通过在酸性条件下多巴胺的电化学聚合，制备的由5,6-二羟基吲哚/ 5,6-苯醌吲哚构成的广泛缀合的吲哚基大分子作为氧化还原活性添加剂。通过利用共轭效应，广泛共轭吲哚基大分子的HOMO-LUMO间隙（HLG）降低到约2.08 eV，增强了电子转移动力学，进而提高了氧化还原反应的功率密度和可逆性。当与多孔蜂窝状碳（PHC）电极耦合时，组装的超级电容器在1000Ag -1下具有205 F g-1的高比电容的优异的速率性能。该工作报告了以8.8Wh·kg-1的能量密度可达到的功率密度为153kW-1的氧化还原介质电解质体系。除了在20 000次充电/放电循环之后，具有97.1％电容保持性的优异的循环稳定性，在工程化氧化还原活性电解质时，必须考虑共轭度，以提高功率密度和稳定性。
文章链接：Indole-based conjugated macromolecules as a redox-mediated electrolyte for an ultrahigh power supercapacitor (Energy Environ. Sci ,2017, DOI: 10.1039/C7EE02584J）
3、Nano Lett.：聚合物在低密度杂化纳米复合材料的分子规模限制中的合成
近日，来自斯坦福大学的 Reinhold H. Dauskardt（通讯作者）报道了限制诱导的分子合成和产生的桥接机制，以产生密封的聚酰亚胺热固性纳米复合材料。其将分子限制增强的增韧与低密度的高温性质相结合。描述了一种合成策略，涉及单个聚合物链通过纳米尺度多孔网络的渗透，同时酰亚胺化反应增加了分子主链刚度。在限制长度尺度远小于聚合物分子尺寸的极限，限制诱导的分子机制产生了卓越的机械性能。研究人员发现聚酰亚胺低聚物即使在这种分子规模限制下也可能发生交联反应，增加了有机相的分子量，并通过约束诱导的能量耗散机制使纳米复合材料增韧。这项工作表明，限制诱导的分子桥接机制可以扩展到具有多功能性质的热固性聚合物，其功能包括优异的热氧化稳定性和高使用温度（> 350℃）。
文章链接：Synthesis of Polyimides in Molecular-Scale Confinement for Low-Density Hybrid Nanocomposites (Nano Lett. ,2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03725）
4、Nature：水凝胶滴在加热板上的自发跳跃、弹跳
液滴和热固体表面之间的接触对于工业过程如热喷涂和喷雾冷却是重要的。固体球的接触和弹跳也是球磨、粉末加工和日常活动如球类运动中遇到的重要事件。近日，来自马克斯普朗克聚合物研究所的 Hans-Jürgen Butt（通讯作者），使用高速视频显微镜，证明了水凝胶首先在表面上静止，随着快速加热而自发跳跃，并随着振幅的增加而继续反弹。跳跃受表面润湿性、表面温度、水凝胶弹性和粘合力的控制。低粘附冲击行为和快速水汽形成的组合支持连续弹跳。结果说明水凝胶的固体和液体特性之间的相互作用的动力学，反映在自发跳跃、弹跳，和极短的接触时间。
文章链接：Spontaneous jumping, bouncing and trampolining of hydrogel drops on a heated plate (Nature ,2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01010-8）
5、Nature：通过聚合物电极状态密度控制的电荷转移的正常及反向方式
导电聚合物电极由于其固有的机械灵活性、可印刷性、生物相容性和低成本而在下一代生物电子和能量转换装置中具有特殊前景。导电聚合物表现出独特的混合电子离子传输性能，使得其能够实现新型电化学装置结构，优于无机对应物。然而，研究人员们对关键的结构 - 性质关系来控制聚合物/电解质界面的电荷转移速率方面仍然不甚了解。近日，来自亚利桑那大学的 E. L. Ratcliff（通讯作者），报道了电沉积聚（3-己基噻吩）膜和模型氧化还原活性分子二茂铁二甲醇之间的电荷转移的动力学。研究表明聚合物中电子态的潜在依赖性占有与动力学直接相关。速率随电势先增后而降（正常和反向动力学方案），这是与无机半导体不同的现象。可以调用这种思路来设计具有对氧化还原活性物质的动力学选择性的聚合物电极。
文章链接：Normal and inverted regimes of charge transfer controlled by density of states at polymer electrodes (Nature ,2017, DOI:10.1038/s41467-017-01264-2）
6、Macromolecules：原子力显微镜检测聚合物结构和性能的进展
在过去30年中，原子力显微镜（AFM）在表征聚合物表面的结构和性能方面发挥了重要作用。 基于AFM的技术可以以高空间分辨率和各种条件下定量测定聚合物表面的物理化学性质。加上空间和时间分辨率的改进，多参数和多功能表征揭示了复杂系统表面的结构，动力学和性质之间的微妙相互作用。近日，来自北京化工大学的 王东教授（通讯作者）总结了在过去10年中，AFM在合成聚合物材料中的一些重大进展，提供了一些未来AFM将如何发现和推动新兴领域的观点。
文章链接：50th Anniversary Perspective: Advances in Atomic Force Microscopy for Probing Polymer Structure and Properties (Macromolecules ,2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01459）
7、Macromolecules：向光源弯曲的液晶纤维的光机械运动
近日，来自中国地质大学的张以河和北京大学的于海峰教授（共同通讯作者）报道了在侧链中使用含有偶氮苯和联苯基的液晶无规共聚物，通过热拉伸法可以制造一系列光机械纤维。在温和条件下交联后，即使沿着拉伸方向观察到介晶的均匀取向，这些纤维也显示远离光源的光诱导弯曲运动。所得纤维的这种异常光诱导变形与先前报道的关于液晶纤维和薄膜材料的光导运动有很大的不同。这种光机械变形可归因于偶氮苯部分的光异构化引起的表面体积膨胀。然后对含有不同偶氮苯浓度和交联密度的纤维的光诱导弯曲行为进行了系统的研究，表明光响应偶氮苯的位置在决定其光机械行为方面起着重要的作用。这提供了通过侧链或交联剂中的光活性部分的位置控制光诱导弯曲方向的一种便捷方法。另外，可见光的照射加速了弯曲纤维的回收。这些纤维具有快速响应、大变形和良好的热稳定性，表明它们有希望应用在智能装置和能量转换装置中。
文章链接：Photomechanical Motion of Liquid-Crystalline Fibers Bending Away from a Light Source (Macromolecules ,2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01741）
8、Macromolecules：卤化物取代的苯乙烯的钪催化同步特异性聚合及其与苯乙烯的共聚
近日，来自大连理工大学的李杨和日本理化所的侯召民教授（共同通讯作者）报道了卤化物取代的苯乙烯（XSt）的聚合及其与苯乙烯在半夹心钪催化剂的共聚合。不含THF的氨基苄基钪络合物（C5Me4SiMe3）Sc（CH2C6H4NMe2-o）2（2）与1当量的[Ph3 C] [B（C6 F5）4]组合显示出高活性，并且与卤化物取代的聚合出具有优异的间同立构规整度苯乙烯。尽管在芳环上存在吸电子卤素取代基，但聚合活性达到105g聚合物molSc-1h-1，间同立构规整度（rrrr）高达99％。这是具有高活性和高立体选择性的卤代苯乙烯的间同立构聚合的第一个实例。此外，XSt与苯乙烯的间同立构共聚也通过该催化剂实现，其提供了相应的具有高分子量的间同立构共聚物和可控量的卤化苯乙烯单元。相比之下，含THF的三甲基甲硅烷基甲基钪络合物（C5Me4SiMe3）Sc（CH2SiMe3）2（THF）（1）对于m-ClSt的聚合显示出高活性和高间同立构规整性。通过络合物1也可以得到XSt与苯乙烯的共聚合，但是所得共聚物中的立体选择性和共聚单体分布顺序与使用络合物2得到的显著不同。
文章链接：Scandium-Catalyzed Syndiospecific Polymerization of Halide-Substituted Styrenes and Their Copolymerization with Styrene(Macromolecules ,2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01668）
本文由材料人编辑部高分子学术组水手供稿，材料牛编辑整理。
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