彈性體具有交聯三維網絡，在小外力的作用下可以發生大形變，并在外力被移除時返回其初始狀態。彈性體因其柔性和可逆形變的特點，常被用于汽車，飛機，建筑物中。彈性體的研究對于未來的醫療產品、柔性顯示器、軟體機器人的開發至關重要。除了柔性和彈性之外，韌性也是彈性體滿足產品需求的重要性能指標之一。

通常，對于具有常規交聯結構的彈性體，提高其韌性勢必影響其延展性和彈性，為達到材料的需求，必須權衡多種性能。例如，將大量填料（炭黑等）引入彈性體中，能有效提升其韌性，但會損害材料的透明度，限制了該材料在柔性顯示器和軟體機器人中的使用。

近期，日本名古屋大學分子與高分子化學系的Yukikazu Takeoka課題組與東京大學先進材料科學系的Koichi Mayumi、Kohzo Ito課題組通過使用由環狀分子和線性聚合物組成的聚輪烷（PR）作為交聯劑，成功地制備了易于制造且具備良好延展性和高韌性的光學透明彈性體，并通過原位小角X射線散射（SAXS）技術首次觀察到由于PR交聯劑的滑動引起的構象變化。

研究者向聚乙二醇和α-環糊精組成的PR上引入大量乙烯基，成功獲得PR交聯劑，并利用該交聯點可滑動的多官能度交聯劑與MEO2MA單體進行聚合，制備了不同交聯度的透明高韌性彈性體。

通常，具有常規交聯結構的彈性體由于在高交聯密度下失去伸長性而易于破裂。研究者發現，與通過常規交聯劑（EGDMA）制得的彈性體相比，隨著交聯密度的增加，使用PR交聯劑制備的透明彈性體的韌性隨其楊氏模量而增強，這表明PR交聯的彈性體與傳統交聯彈性體結構是完全不同的。由于可移動的輪烷結構的存在，彈性體中的聚合物鏈更易移動，使得形變過程中更大比例的能量用于材料的塑性流動中。

圖文速讀

圖1 使用聚輪烷交聯劑和通用交聯劑制備的彈性體的機械性能對比。

（A）用HPR-C和EGDMA作為交聯劑制備的MEO2MA彈性體的應力-伸長率曲線；（B）由1A圖轉換的曲線；（C）用HPR-C和EGDMA作為交聯劑制備的MEO2MA彈性體的應力-伸長率滯后回線。

表1 1.0 wt％HPR-C和EGDMA彈性體的斷裂能

圖2 使用聚輪烷交聯劑和通用交聯劑制備的彈性體的熱性質對比。

（A）DSC曲線；（B）TGA曲線；（C）動態粘彈性測量得到的儲能模量，損耗彈性模量和tan 的溫度依賴性。

圖3  SAXS分析聚輪烷在彈性體中的行為。

通過SAXS測量用HPR-C和EGDMA作為交聯劑制備MEO2MA彈性體獲得的散射曲線：（A）用不同量的HPR-C或EGDMA制備的彈性體；（B）將（A）中含有不同量的HPR-C彈性體的散射曲線歸一化為HPR-C的濃度；（C）在用2wt％HPR-C作為交聯劑制備的MEO2MA彈性體的單軸拉伸過程中獲得的2D SAXS圖案；（D）平均散射分布I（Q），其方向平行于用2wt％HPR-C制備的MEO2MA彈性體變形方向；（E）由彈性體伸長引起的PR構象變化的示意圖。 圖中的箭頭表示彈性體的伸長方向。

圖4聚輪烷交聯彈性體在各種聚輪烷濃度下的機械性能。

（A）單軸拉伸試驗和撕裂試驗的結果；。（B）儲能模量的溫度依賴性；（C）損耗模量的溫度依賴性；（D）tan的溫度依賴性。

表2用不同量的HPR-C作為交聯劑制備MEO2MA彈性體的單軸試驗機械性能。

圖5  使用的交聯劑（HPR-C和EGDMA）和單體（MEO2MA）的化學結構。

原文鏈接：

http://advances.sciencemag.org/content/4/10/eaat7629

來源：高分子科學前沿