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【科技自立自强】西安交大秦立果教授团队提出异质弹性体机械性能可编辑的新策略-西安交通大学新闻网

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多孔弹性体，因其独特的轻质、缓冲和可变形特性，在柔性传感器、水润滑轴承、软体机器人等前沿领域备受瞩目。然而，要制造性能优异的多孔材料并非易事。传统主流方法，如添加表面活性剂、化学发泡剂或使用固体颗粒作为造孔模板，都面临一个共同的“阿喀琉斯之踵”：外源物的引入与残留。这些外来物质往往难以在最终材料中被完全去除，它们不仅会成为材料的“缺陷”，损害力学强度与回弹性，更会干扰材料表面特性，严重劣化关键的摩擦学性能（如增大摩擦、加速磨损）。如何在获得理想孔结构的同时，确保材料的纯净性与多功能性，一直是材料科学家们努力攻克的难题。解决之道或许在于一种更“聪明”的物理过程——相分离，即通过热力学驱动让材料自发形成多相结构。但如何精确控制这一过程，并将其转化为一种普适、高性能的制造策略，是悬而未决的挑战。

面对上述挑战，西安交通大学秦立果教授团队在《Nature Communications》上提出了一项革命性的策略。他们摒弃了传统依赖外源物造孔的思路，转而设计了一场由分子间相互作用主导的、精妙的“相分离”热力学舞蹈。研究团队选择具有相似主链结构的聚二甲基硅氧烷（PDMS）体系，巧妙引入具有独特反应活性的硼酸酯基团作为“舞会指挥”。基于硼酸酯与其它官能团的不相容性，它成功驱动两种PDMS网络发生“异质相分离”，从而在分子层面构建出一种界限分明、稳定存在的异质网络预聚物。随后，通过简单的热固化与醇解处理，最终合成出一种全新的异质网络多孔PDMS（HNP-PDMS） 弹性体。

这一过程的精妙之处在于其“一石多鸟”的效果。首先，它实现了纯净材料的本征成孔，材料完全由PDMS组成，无任何外源残留。其次，它赋予了材料惊人的性能组合。在摩擦学方面，HNP-PDMS在模拟海洋环境的盐水中展现出了颠覆性的 “腐蚀诱导自润滑效应” ：材料表面与环境中的盐水发生可控的微弱反应，原位生成一层润滑膜，从而将摩擦状态从高损耗的边界润滑转变为高效的混合润滑，使得摩擦系数和磨损率相比普通PDMS骤降90%以上。在力学性能上，通过调控制备条件，该材料展现出超高的延展性（拉伸率最高达1250%），而引入疏水基团后，其韧性更是比传统颗粒模板法制备的材料提升了16倍。

这项研究的发表，标志着多孔弹性体材料的设计与制备范式的一次重要跃迁。首先，它提供了一种无需牺牲材料纯净度即可获得高性能多孔结构的普适性方法学。其核心驱动力源于硼酸酯的化学特性，而市面上存在数百种硼酸盐衍生物可供选择，这意味着研究人员拥有了一个功能强大的“材料基因编辑工具箱”，可以通过简单的分子筛选，定向、可编程地赋予多孔弹性体不同的力学、摩擦学乃至响应性功能。其次，它在解决实际工程难题上展现出巨大潜力。 该材料在盐水环境中独特的自润滑与抗磨损特性，为船舶推进器水润滑轴承、水下机器人柔性关节等长期受摩擦磨损困扰的关键部件，提供了全新的材料解决方案，有望显著提升其可靠性与寿命。最后，这项工作为未来高端柔性电子器件的创新开辟了道路。 所制备的HNP-PDMS兼具高纯净度、可控孔隙、优异的力学柔韧性与环境稳定性，是构建高灵敏度、高耐久性柔性压力传感器、可拉伸导体的理想基底材料。综上，这项研究不仅回答了一个基础科学问题，更孵化了一个高性能材料平台，为从海洋工程到智能穿戴的广阔领域，注入了全新的发展动能。