中国粉体网讯 通过所谓的自下而上的合成，将一组分子构件转化为块状材料是材料合理设计的一个关键过程。
含有有机和无机成分的混合材料在许多领域都有不可或缺的作用。然而，由于普遍缺乏同时含有有机和无机离子段的杂化分子，这种材料很少通过自下而上的合成产生。有机化合物中的共价键和无机化合物中的离子键的不同行为阻碍了它们结合成一个有机-无机、共价-离子的分子。因此，自下而上地生产这种混合材料一直受到限制。
近期，浙江大学化学系唐睿康教授与刘昭明研究员课题组研制了一种以有机-无机分子作为自下而上合成混合材料的前体。
作者使用一种叫做硫辛酸（TA）的有机分子和一种由碳酸钙低聚物（CCOs）组成的无机化合物来产生一种TA-CCO混合分子，其分子式为TA2Ca（CaCO3）2。这些分子的聚合在块状材料中产生了连续的相互穿透分子尺度共价域和离子域的网络。令人震惊的是，这种材料结合了矛盾的机械性能。例如，它既显示了硬度（在负载下对表面变形的抵抗力），又显示了弹性，即在负载下通过弹性变形吸收能量的倾向，并在负载移除时释放该能量。它还显示了强度，即承受应变而不失效或永久变形的能力。此外，网络中的离子和共价键的可逆结合行为使该材料具有类似塑料的可塑性，同时保持其热稳定性。以这种方式将类似于陶瓷、橡胶和塑料的特性结合在一起的材料并不属于目前的任何材料分类；因此作者将其命名为弹性陶瓷塑料。
相关成果以“Organic–inorganic covalent–ionic molecules for elastic ceramic plastic”为题发表在最新一期《Nature》上。第一作者为Weifeng Fang。
图1TA-CCO杂化分子
作者使用热压（120°C，110MPa）来启动TA-CCO杂化分子的交联和聚合过程，由此产生的透明聚（TA-CCO）块，该聚（TA-CCO）块体从宏观到微观尺度的连续结构，元素C、O、Ca和S均匀分散在聚（TA-CCO）块体中。这种均匀的结构表明，由于有机和无机部分之间的静电相互作用，在材料形成过程中避免了有机相或无机相的单独成核。
图2共价-离子双连续网络
由于共价-离子双连续网络的存在，聚（TA-CCO）表现出矛盾的力学：陶瓷般的硬度和强度以及橡胶的变形性和弹性。其强度与大多数陶瓷相当，远高于橡胶和商业聚合物。. 聚（TA-CCO）将陶瓷的高强度与橡胶的高回弹性和断裂应变相结合，形成了一种“弹性陶瓷材料”。
图3（TA-CCO）块体的机械性能
聚（TA-CO）在热压下的结构可逆性确保了它可以作为可再加工塑料使用。与热塑性塑料一样，聚（TA-CO）可以被破坏成粉末，并通过热压重新塑造成一种新的散装材料。由于在再加工过程中保留了共价离子双连续网络，即使经过10次循环，其硬度和模量仍保持不变。此外，其独特的可逆键防止了传统热塑性塑料在再加工过程中通常表现出的大量机械退化。在加热过程中，简单的加热只破坏了聚（TA-CO）的S-S键（图4b，c），而无机网络在高温下可以支持体结构并提供机械强度。它展示了一种将材料的可再加工性和热稳定性结合起来的方法。
图4可再加工聚乙烯（TA-CCO）块体的结构可逆性
未来方向
作者的发现开启了三个主要的未来方向。首先，无机离子低聚物的进一步功能化可以使其他有机无机分子的生产成为可能，并促进无机和有机合成化学的融合。第二，这些分子的自下而上的组装能够精确地调整混合材料，因此可以用来生产其他有趣的结构（如具有确定的无机和有机层的结构，或含有无机和有机段的长分子链），具有不同的成分，并且具有分子精度。第三，弹性陶瓷塑料的有机-无机互穿域-网络结构为在一种材料中结合矛盾的特性提供了基础，具有前所未有的机械轮廓的材料可以在新的应用中发挥作用。
（中国粉体网编辑整理/昧光）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
