进入2018年，全球高分子材料都有哪些最新新突破？

【1】

《Progress in Polymer Science综述：

从纳米到微观再到宏观：用于生物医学应用的静电纺丝分层结构聚合物纤维》

图1静电纺丝分级结构的一维到三维聚合物纤维及其在生物医学领域的应用

西南交通大学周绍兵（通讯作者）团队总结了过去十年中通过静电纺丝技术设计和制造分层结构聚合物纤维的进展，包括多种静电纺丝装置和使用各种聚合物的静电纺丝参数。

通过这篇综述可以提供更好的理解聚合物纤维的结构和功能之间的关系以及进一步的生物医学应用。

DT点评：静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即"泰勒锥")，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。

主要应用在组织和器官的修复、过滤材料、自清洁领域、辅助催化、能源、光电等领域。

【2】

《Nature：“电鳗”启发水凝胶软电源》

密歇根大学Michael Mayer（通讯作者）等人受电鳗启发开发出一种软电源。通过将阳离子和阳离子选择性凝胶膜的重复排列形成微型聚丙烯酰胺凝胶，实现凝胶组分间离子梯度变化，体系堆叠后形成的导电通路可产生110伏的开路电压，同时每凝胶电池平方米达到27毫瓦。这种电力设备可用以为下一代可移植材料如起搏器、传感器或假体等设备供能。

DT点评：常规的聚丙烯凝胶通常具有分子筛效应。凝胶孔径大小可以通过制备时所使用的浓度和交联度控制。常用做层析介质、电泳分离支持材料等，但应用于电源，还比较少见！

【3】

《Adv. Mater：受自然启发的表面和材料研究》

Adv. Mater.发布了特刊介绍了北京航空航天大学近年来受自然生物表面启发，而在超润湿系统方面的研究进展。超润湿系统的四种本征状态包括亲水性、浸润性、疏水性和疏油性。结合微米和纳米尺度的粗糙表面在空气、水相和油相不同状态可以产生64种润湿态。

DT评价：极限润湿状态的种类不断增加，合计64种，包括：空气中的超亲油、超疏油、超双亲、超双疏；水中的超亲油、超疏油、超疏气、超亲气；油中的超疏水、超亲水、超疏气、超亲气。通过微纳米结构的刺激响应材料，这些润湿状态可以实现智能转换（如下图）。

超浸润材料由于其独特的润湿性能，以及润湿性能的二元协同或者组合，在自清洁、防腐蚀等日常生活中具有重要应用，并对社会产生重大影响。

除此之外，不断发展的超浸润体系也逐渐开辟了大量新的领域，包括：防覆冰、防雾、热传递、细胞捕获、防生物污垢、油/水分离、绿色打印传感以及能源转化。比如，目前应用超浸润技术可以制作自清洁领带，曾被国家领导人当作礼物送给国外元首。

【4】

《Nano Lett.：石英层上的层状嵌段共聚物薄膜》

美国布鲁克海文国家实验室的Kevin G. Yager（通讯作者）等人研究发现超薄（约几十纳米）层状嵌段共聚物（l-BCP）薄膜的无模板定向自组装技术与新一代纳米电子器件的制备具有很大的技术关联性。

研究人员在石英衬底上制备了100nm厚的聚苯乙烯和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PS-b-PMMA）嵌段聚合物的薄膜，并且没有发现PMMA嵌段聚合物润湿层的形成也未对石英表面或系统进行任何改性。这一研究对新一代纳米电子器件的制备极具指导意义。

【5】

《Progress in Polymer Science: Li+导电固体聚合物电解质》

图2 PEO：LiFSI和PEC：LiFSI电解质的离子电导率和玻璃化转变温度的比较

乌普萨拉大学的Daniel Brandell（通讯作者）团队对这些“替代性”锂离子传导SPE主体材料进行了研究，从电化学器件潜在应用的角度进行了总结和讨论，重点关注了锂电池，并突出综述了目前基于PEO模式的主要挑战和机遇。

DT点评：锂电池是新能源汽车发展的最重要因素之一。用于锂基电池等应用的导电固体（无溶剂）聚合物电解质中的大部分为研究较多的是PEO（聚环氧乙烷）及其衍生物络合锂盐类聚合物电解质。PEO类聚合物在较高的温度下也有很好的离子电导率，且加工性能好。但PEO类聚合物电解质也存在室温离子电导率低、与金属锂负极的相容性差等问题。

多年来人们已经探索了大量可选择的聚合物主体，包括聚碳酸酯、聚酯、聚腈、多元醇和多胺的材料。

我国已经成为全球最大的新能源汽车市场，电动车用单体电池的能量密度将会于2020年达到300wh/kg，而具有高理论能量密度和高安全性，并且远期70美元/kWh的价格也使得固态电池商用前景一片大好，并且已经有企业开始应用。

【6】

《生物应用开辟新方向：可调大小的水凝胶颗粒》

Costa和他的同事们开发了一个简单而强大的系统，用单一的起始材料，在多个尺度上生产大小可调谐的水凝胶颗粒。

根据研究人员的说法，“这些粒子非常适合用作药物运载工具、执行器和生物传感器。这项工作代表了交联生物材料产生的基本进展，特别是软质胶体的形成，是首次成功地利用非自然氨基酸产生新材料的典范之一。”

DT点评：水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的高分子网络体系。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。

水凝胶颗粒是一种用途广泛的材料，在光子学、光学、药物传递和组织工程、食品工业和化妆品等领域有着广泛的应用。

【7】

《共轭聚合物 - 聚电解质共混物耦合理论》

瑞典林克平大学的Klas Tybrandt 利用电力纸，提出了一个用来解释导电聚合物PEDOT：PSS中离子和电子之间耦合的新模型。该模型可用于电子印刷、纸张能源储存和生物电子等方面。

共轭聚合物- 聚电解质共混物将电子半导体功能与选择性离子转移结合起来，使得它们成为有机生物传感器和生物电子学中的活性材料，可以用于电致变色显示器，神经形态计算以及能量转换和存储。

【8】

《智能手机屏未来?意外发现可自修复的聚合物玻璃》

东京大学Takuzo Aida教授带领的研究人员发表在《科学(Science)》杂志期刊上的这项研究，探索了可以在手机屏幕和其他脆弱设备上使用这种可自我修复的玻璃，他们说这是在可持续发展社会的一项重要挑战。

自我修复的制品耐用于表面调节片材，特别是金属片材。所述制品包括多个压实的，堆叠的无纺布网状元件，所涉及的网状元件为各自通过包含粘合剂在相互接触点处粘合在一起的缠结纤维。

但将新聚合物应用于智能手机屏幕前，还需要对材料进行更多的性能完善，譬如增加材料的透明度。

DT点评：智能手机制造商已经在设备中使用了自愈材料。LG的G Flex 2在2015年推出新产品，在手机背面涂上了一层涂层，虽然未能完全修复较重的断裂损伤，但仍能修复轻微的划痕。

据受维修公司iMend 2015年委托开展的一项研究显示，超过21%的英国智能手机用户使用着一个破碎的屏幕，在电池寿命较短的情况下，被摔坏的手机显示屏是最大的问题之一，可见市场非常大。

【9】

《二氧化碳制备塑料》

加拿大多伦多大学Edward H. Sargent 教授团队发布了一项研究成果，称其已经找到了最有效地将CO2转化为乙烯（ethylene）的条件。而乙烯便能再被用来制造聚乙烯（polyethylene），也就是全球年产量约8000万吨现今最普遍使用的塑料。

该技术主要采用铜催化方法，转换过程所需的能量可以通过可再生能源来提供，生成的塑料也可以在后期循环利用，非常绿色。

将CO2转化为乙烯的纳米结构铜催化剂表面

DT点评：人类每年生产聚乙烯大约超过1亿吨。在这一层面上，显然还具有优化和改进的巨大空间。

面对环境保护，科学家们各种脑洞大开。美国斯坦福大学的一个研究小组也在《自然》杂志登载的一篇论文中，提出了一种可以把二氧化碳以及农作物残留物等植物材料转化为塑料的研究成果。研究人员混合碳酸盐、CO2和由糠醛衍生获得的糠酸，将它们加热至200℃，呈现熔盐状态，持续5h后，熔盐混合物总量的89％会转化为2,5－呋喃二甲酸，进而生产可在一定程度上替代聚对苯二甲酸乙二酯的聚呋喃二甲酸乙二酯（PEF）。而2,5－呋喃二甲酸与对苯二甲酸不同，可以是生物材料的衍生物。

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