论文题目：Force-Reversible and Energetic Indole-Mg-Indole Cation-π Interaction for Designing Toughened and Multifunctional High-Performance Thermosets

论文作者：杨莉  李忆程  杜孟奇  朱芳华  常冠军

获奖等次：第三届川渝科技学术大会优秀论文一等奖

在高端制造轻量化领域，高性能聚合物是不可或缺的关键材料，然而高端环氧树脂制备却是公认的“卡脖子”技术。传统环氧材料一般具有较高力学强度，但同时存在易老化、脆性大、抗开裂性能差等问题。

如何平衡聚合物材料强度和韧性之间的矛盾？西南科技大学常冠军教授团队的研究成果“Force-Reversible and Energetic Indole-Mg-Indole Cation-π Interaction for Designing Toughened and Multifunctional High-Performance Thermosets”（《力致可逆高能阳离子-π作用构筑高强韧、多功能热固性树脂》）给出了独具创新性的答案。该项研究成果发表在国际学术期刊Advanced Functional Materials上，也获得了第三届川渝科技学术大会优秀论文一等奖。

常冠军（中）指导学生    

长期探索

构建交联方法新理念

“团队从很早前就一直专注于攻克‘聚合物材料强度和韧性之间的矛盾’这一关键科学难题。”团队负责人、西南科技大学教授常冠军表示，团队早期研究是在聚合物体系中引入氢键、配位等非共价交联作用，但是该方法仅适用于柔性的弹性体和凝胶体系，“刚性聚合物材料在受到拉伸过程中，非共价键断裂后重构变得很困难。”

经过大量探讨与实验，团队开拓性地设计了一种力致可逆高能阳离子-π交联方法，为构筑新一代热固性树脂提供了全新的设计方法和理念。

那么，这种交联方法“新”在哪里？“在该交联模式下，当材料受到外力变形时，不仅可以保证聚合物网络的完整性，而且还可以做到最大程度的能量耗散。”常冠军介绍，力致可逆高能阳离子-π交联方法的介入，从宏观上表现为聚合物材料强度和韧性同时提高，规避了刚性骨架聚合物强度和韧性之间的矛盾。

不仅如此，常冠军表示，研究还实现了聚合物的可回收再生，解决了当下聚合物难以降解造成的环境污染，为我国的“双碳计划”做出贡献。

反复试验

用辛勤付出炼就新成果

天道酬勤。谈及研究过程，论文第一作者、西南科技大学副教授杨莉感触颇深。

最初为了找到成膜的最佳工艺条件，团队在筛选最佳离子种类、离子配比时，进行了大量的试验，但薄膜的力学强度都不如人意。于是团队成员通宵达旦做研究，用理论计算验证产生阳离子-π作用的最佳离子半径，直到成功筛出镁离子。

在研究后期，验证聚合物交联网络的断键试验也令她印象深刻，团队成员反复探索薄膜拉伸断裂行为，不断进行实验及薄膜力学性能测试，每周七天基本无休，实验室直到凌晨都灯火通明。“研究的完成离不开团队成员的共同努力，是从大家的汗水中收获的丰硕果实。”杨莉感慨道。

优势突出

应用前景广阔

作为一种高端新型材料，大家最关心的还是应用前景，因为它代表着这种材料所能创造的经济和社会价值。

近年来，热固性树脂材料被广泛应用于电力系统、航天航空、能源、电子等领域，但是在使用过程中，由于热、机械、化学腐蚀等因素的影响，不可避免地会产生局部损伤和微裂纹。

而在力致可逆高能阳离子-π交联方法作用下构筑的高端环氧树脂，集高强韧、可回收、自修复、自预警、自粘接等多种功能于一体，有望在不同背景下实现材料的智能应用。“不仅能提升聚合物的使用寿命，还降低了材料的使用成本。”常冠军表示，该材料应用前景广阔。如舰船用防腐涂料，其在海洋盐雾环境下会表现出优异的力学性能。“当聚合物涂层受到破坏时，材料自身荧光的明显改变可实现破坏缺陷的可视化自预警。”更为神奇的是，材料还可通过海水中镁离子的盐溶液实现聚合物涂层的实时自修复。

此外，该团队研发的高端环氧树脂材料质量轻，强度却与钢铁材料相当，可实现汽车领域部分器件“以塑代钢”，进一步推动轻量化进程。

攻坚克难

用科技创新服务国家和人民

常冠军透露，围绕该项研究成果，团队近期成功构筑了一类力致可逆三唑啉二酮-吲哚的共价交联高强韧聚合物，并在顶级期刊Natural Communications发表了论文。“基于以上成果，目前团队正在探索构建一种抗冲击塑料，该塑料在受到冲击时，可短暂变为橡胶态，保护材料免于被破坏，而在冲击结束后，又可恢复为塑料状态。”常冠军介绍，团队将以此为基础，进一步开发新型高强韧、长寿命热固性高性能聚合物树脂。

而对“力致可逆高能阳离子-π作用构筑高强韧、多功能热固性树脂”获得第三届川渝科技学术大会优秀论文一等奖，常冠军表示十分荣幸，也期望与更多同行在该领域进一步切磋交流。

“我将带领‘动态键驱动功能高分子材料’团队继续开展动态键驱动高分子聚合物的研究，瞄准科技前沿，不断攻克难题，为我国高端制造贡献力量。”常冠军说。