【引言】

　　實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、大延展性和韌性是高分子材料實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的重要因素。但是，目前為止，在使用材料設(shè)計策略改善這些屬性時存在共同的相反趨勢，這仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。在自然界中，貽貝的角質(zhì)層表現(xiàn)出高達(dá)100％的斷裂應(yīng)變，這是由蛋白質(zhì)基質(zhì)內(nèi)的建筑顆粒狀微相分離結(jié)構(gòu)引起的。本文報道了一種簡便的仿生顆粒狀納米結(jié)構(gòu)聚合物薄膜。與其他聚乙烯醇膜相比，這種仿生納米結(jié)構(gòu)聚合物膜顯示了122（±6.1）J·g -1的超高韌性，斷裂應(yīng)變高達(dá)205％，抗拉強(qiáng)度高達(dá)91.2MPa，優(yōu)于大多數(shù)工程塑料。這種出色的性能組合歸因于這種材料的獨(dú)特的納米級粒狀相分離結(jié)構(gòu)。這些仿生設(shè)計的聚合物膜有望應(yīng)用于組織工程和生物材料領(lǐng)域，如人造皮膚和腱，為開創(chuàng)一系列創(chuàng)新于未來應(yīng)用的聚合物材料提供了一種新方法。

　　【成果簡介】

　　如今，由于其輕質(zhì)且不錯的機(jī)械性能，聚合物材料在汽車、電氣電子、航空航天和組織工程等領(lǐng)域加速發(fā)展，具有很大的潛力，并將以更快的速度取代傳統(tǒng)的金屬和陶瓷材料。這些領(lǐng)域的應(yīng)用條件促進(jìn)了新材料所需強(qiáng)度、韌性和延展性的發(fā)展。盡管最近通過模仿天然珍珠層的層狀分層結(jié)構(gòu)，基于石墨烯氧化物納米片制造了超強(qiáng)度和剛性的聚合物納米復(fù)合材料，但是它們大部分非常脆，具有很低的斷裂應(yīng)變（通常小于10％）。這主要是因?yàn)閺?qiáng)度、韌性和延展性由不同的機(jī)械機(jī)制控制，通常是相互排斥的。另一方面，傳統(tǒng)上引入納米級或微尺度改性劑以賦予具有增強(qiáng)的韌性和延展性的聚合物，通常導(dǎo)致聚合物基質(zhì)的拉伸強(qiáng)度的顯著降低。因此，到目前為止，創(chuàng)造結(jié)合高拉伸強(qiáng)度、大延展性和高斷裂韌性的先進(jìn)聚合物材料仍然是棘手的難題。

　　近期，來自澳大利亞迪肯大學(xué)的Qipeng Guo教授和浙江農(nóng)林大學(xué)的PinganSong教授（共同通訊作者）等人在Adv.Mater上發(fā)表了一篇題為“Granular Nanostructure: A Facile Biomimetic Strategy for the Design of Supertough Polymeric Materials with High Ductility and Strength”的文章。以其解決如何制造具有所需水平的高強(qiáng)度、高延展性以及韌性更大的先進(jìn)聚合物材料。在這項(xiàng)工作中，通過加入磺化苯乙烯 - 乙烯/丁烯 - 苯乙烯三嵌段共聚物（SSEBS）的顆粒狀納米體團(tuán)，開發(fā)了具有高強(qiáng)度的超耐磨和高韌性聚乙烯醇（PVA）膜。 對于含有10wt％的SSEBS的顆粒狀納米結(jié)構(gòu)PVA膜，具有91.2MPa的高拉伸強(qiáng)度， 122±6.1J·g -1的韌性，破壞時的破裂應(yīng)變高達(dá)205％。 這些機(jī)械性能好、超耐磨和延性聚合物材料預(yù)計將在航空航天、柔性人造肌肉和組織工程方面發(fā)揮很大的應(yīng)用前景。

　　【圖文導(dǎo)讀】

　　圖1 SSEBS的合成路線方案及其性能

　　A）海洋貽貝角質(zhì)層的微結(jié)構(gòu)和形態(tài)的示意圖，其結(jié)合了高于110MPa的硬度和高達(dá)100％的斷裂應(yīng)變。

　　B）水分散型SSEBS的合成路線圖示。

　　C）PVA / 10wt％SSEBS膜。

　　D）顯示散布的粒狀SSEBS納米域的PVA膜的AFM圖像，SSEBS通過多個氫鍵與PVA相互作用。

　　E）通過由競爭性親水-疏水相互作用驅(qū)動的自組裝，SSEBS的相分離域的TEM圖像。

　　F）a）PVA和b）PVA / 10wt％SSEBS的拉伸應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線，

　　G）機(jī)械斷裂后對應(yīng)的數(shù)字圖像。

　　圖2 PVA、SSEBS及其混合物的衰減全反射傅立葉變換紅外光譜

　　A） O-H和   B）C-O或S-O伸縮振動的變化：a）PVA，b）SSEBS-1，c）SSBS-2，d）SSEBS-5，e）SSEBS-10，f）SSEBS-20和g）SSEBS。

　　C）PVA膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）作為SSEBS負(fù)載水平的函數(shù)。

　　D）PVA與SSEBS之間分子間多重氫鍵相互作用的示意圖。