【新闻中心讯】燕山大学环境与化学工程学院焦体峰教授与秦志辉副教授团队联合天津大学李俊杰教授团队，提出了一种快速光固化制备高性能聚合物材料的策略，该策略利用高密度侧链氢键基团的构象转变与高度链缠结的协同作用，在紫外辐照下引发单体快速共聚（<1分钟），从而形成兼具高刚度、高韧性和高拉伸性的致密交联网络。研究成果以“Rapid fabrication of stretchable, ultratough, and rigid polymer materials”为题，于2026年8月21日在线发表于国际著名期刊Science Advances。
兼具高刚度、高韧性和高拉伸性的结构聚合物材料，在软体机器人、智能织物、人工肌肉和冲击防护等领域具有广阔应用前景。然而，传统聚合物材料长期面临“刚度-韧性-拉伸性”之间的性能冲突：玻璃态塑料虽具有高刚度（约1 GPa）和高强度（10-100 MPa），但因链段冻结而脆性大、延展性差；弹性体虽具备优异拉伸性（>500%）和韧性，但刚度和强度显著不足。这种固有矛盾严重制约了先进功能聚合物材料的发展。尽管近年通过引入层级非共价相互作用（如氢键、配位键）在部分体系中实现了性能提升，但现有策略往往依赖复杂的分子设计与多步合成工艺（如缩聚、加成聚合），需长时间高温加热（数小时至数天）、大量有机溶剂及繁琐的溶剂蒸发步骤，不仅能耗高、污染重，且难以兼顾快速制备与优异力学性能。基于此，团队提出了一种将高密度可构象转变侧链氢键基团引入高度缠结柔性聚合物网络的光固化策略，通过丙烯酰胺类单体与羟基丙烯酸酯单体的快速共聚（~42 s），形成兼具刚性氢键约束与动态能量耗散能力的非共价交联网络。所得P(HEA4-co-AAm)聚合物杨氏模量达515.0 MPa、屈服强度57.8 MPa、韧性135.7 MJ/m3、断裂伸长率400.1%，且加热（70°C）可快速完全恢复形变。基于优异的力学性能与快速成型特点，该材料可通过3D打印构建复杂三维结构，用于大负载形状记忆致动器、高效冲击防护层以及强粘附界面。此外，该策略适配多种丙烯酰胺衍生物（如NIPAM、DMAAm）与羟基丙烯酸酯单体（如HBA、HPA），通过调节单体比例和侧链结构，可实现从软弹性到刚脆性的力学性能广谱可调，为高性能结构聚合物材料的绿色、快速、规模化制造提供了通用平台。本研究为快速制备兼具刚性与韧性的高性能聚合物材料提供了新思路，具备在先进制造与柔性智能器件领域的广阔应用潜力。
高刚度高韧性聚合物材料的合成与基本性能
（以上图片环境与化学工程学院、科学技术研究院提供）
该研究获得国家自然科学基金、河北省自然科学基金青年基金A类、面上及河北省教育厅科研项目的资助支持。硕士研究生乔宇轩为论文的第一作者，焦体峰教授、秦志辉副教授和李俊杰教授为共同通讯作者。（编辑 王艳）
