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  超分子聚合物由于其可逆單體-聚合物相互轉變，賦予了其優(yōu)異的可加工性、可回收性和自愈能力。與傳統(tǒng)聚合物相比，超分子聚合物的單體為科學家在聚合物鏈結構中添加新型功能單元提供了更多的設計空間。近年來，盡管超分子聚合物領域已取得了長足進步，但如何從低分子量單體（LMWM）設計制備具有和傳統(tǒng)聚合物相媲美的高機械強度和硬度的超分子聚合物材料仍缺乏有效策略。特別是如何協(xié)同利用各類非共價作用，有效提高超分子聚合物的力學性能仍是一個重大科學問題。

  鋼筋混凝土是我們生活中最典型的具有高機械強度和硬度的復合材料。從結構原理上看，鋼筋混凝土通過加入鋼筋纖維（Fiber）在混凝土基質（Matrix）中，從而構成的一種組合材料，使之共同作用來改善混凝土的力學性質。受其實用性的啟發(fā)，人們發(fā)明了纖維增強聚合物（Fiber Reinforced Polymer, FRP）。FRP同樣是融合纖維（如玻璃纖維或碳纖維）Fiber結構，熱固性聚合物（例如環(huán)氧樹脂、乙烯基酯、聚酯、蠟等）為基質Matrix, 從而使聚合物具有非常出色的力學性能。

  因此，反觀超分子聚合物，科學家們雖已成功發(fā)展出了形式多樣的超分子聚合物纖維結構，但類似于纖維增強超分子聚合物（Fiber Reinforced Spramolecular Polymer, FRSP）的概念卻從未被報道過。傳統(tǒng)超分子聚合物的設計思路多專注于單體設計，且集中在溶液相中（in solvent），而對其基質的研究卻鮮有關注，只是近年來僅有少數(shù)課題組對其本體性質（in Bulk）開始探索。

  最近，西北工業(yè)大學戚震輝教授團隊的博士生徐強強首次提出了一類纖維增強超分子聚合物FRSP的化學設計。受生活中的鋼筋混凝土和FRP概念啟發(fā)（如圖），他們將蠟（即我們生活中最常見的熱固性物質）作為超分子聚合物纖維基質（Thermoset as Matrix），并使用低分子量單體 (±)-N, N''-(反式-環(huán)己烷-1,2-二基)雙(辛酰胺) C7提供纖維結構。研究結果表明，當氫鍵鍵合的超分子聚合物纖維和烷烴基體正十八烷C18或正二十四烷C24混合時，觀察到了令人驚訝的機械強度增強效果，所得的纖維增強超分子聚合物C7+C18的彈性模量（G’）由原先單純C18的10^-4 Pa級別，提高到10⁵ Pa級別（提高了近10⁹倍）。而對于長烷基鏈的C24，C7+C24體系的的彈性模量G’更是高達10⁸ Pa。而實現(xiàn)這一切，卻都由分子量不超過400達爾頓的LMWM形成。數(shù)據(jù)表明，這些超分子聚合物的機械性能高度依賴于烷烴的熱固性，長鏈正構烷烴基質顯著提高了LMWM的機械性能，與材料科學中的FRP機制非常相似，由此產生的纖維增強超分子聚合物表現(xiàn)出異常高的彈性模量，這在傳統(tǒng)的超分子聚合物設計策略中是前所實現(xiàn)的。纖維增強超分子聚合物的概念不僅為開發(fā)先進的超分子聚合物提供了一種新的思路，同時也為聚合物家族增添了新的成員。可以期待的是未來該策略為功能性超分子聚合物涂層的制造和相關構效關系研究提供了新的設計靈感。

  相關工作以“Mechanically strong and stiff supramolecular polymers enabled by fiber reinforced long-chain alkane matrix”為題，發(fā)表在Journal of Polymer Science （DOI: 10.1002/pol.20210454）上。西北工業(yè)大學碩士生呂萍為第一作者，博士生徐強強共同通訊作者。該工作獲得了國家自然科學基金、陜西省重點研發(fā)項目、中國航空科學基金會、四川大學高分子材料工程師國家重點實驗室開放項目、國家中央高�；A業(yè)務費和留學基金委創(chuàng)新型人才培養(yǎng)項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/pol.20210454