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傳統(tǒng)機械互鎖聚合物多采用柔性橋聯(lián)基團（如寡聚醚鏈）構建動態(tài)網(wǎng)絡，此類設計雖可提升分子自由度，但易形成無定形凝膠態(tài)材料，難以兼顧柔性與剛性，而引入剛性結構雖可提升材料機械強度，卻因鏈段運動受限導致材料可加工性顯著下降。相較于無定形凝膠材料，晶態(tài)機械互鎖聚合物的長程有序特性不僅能夠通過單晶衍射等技術精確解析分子水平上的結構特征，更為建立微觀機械運動與宏觀力學行為之間的構效關系提供了理想的模型體系。因此，突破動態(tài)響應性與晶體有序性的協(xié)同調控瓶頸，實現(xiàn)純有機晶態(tài)二維機械互鎖聚合物的精準構筑，仍是該領域亟待攻克的關鍵科學難題。

研究團隊設計了一種C₃對稱的三齒單體，可借助多種互補的非共價作用頭尾相接，可自識別驅動組裝形成晶態(tài)準互鎖網(wǎng)絡D1。化學縫合階段，研究者利用硫醇-烯點擊化學反應在單晶內(nèi)完成動態(tài)互鎖。配合單晶X-射線衍射技術證實在維持長程有序性的同時共價交聯(lián)準[c2]雛菊鏈，原位實現(xiàn)以[c2]雛菊鏈單元為核心的純有機晶態(tài)二維機械互鎖蜂窩網(wǎng)絡D2的一步高效構筑。（圖1）這種“結晶引導-化學縫合”策略首次實現(xiàn)：

1)解決柔性-剛性悖論：X射線單晶衍射證實二維機械互鎖聚合物呈六方對稱性（圖4），結晶引導-化學縫合讓D2能夠實現(xiàn)剛柔并濟，即用柔性單體組裝成剛性晶態(tài)聚合物——從孤立的柔性單體到堅硬的宏觀材料飛躍；

2)機械剝離完整度提高：聚合物塊體在溶劑超聲刺激下剝離至三層納米片，形貌保留了母體晶塊的對稱性特征（圖6）——優(yōu)化了二維MIPs剝離中長期存在的結構完整性問題；

3)力響應性反常：原子力顯微鏡測試顯示，剝離后層狀材料力響應厚度依賴的反常力學行為（圖5），楊氏模量達4.23 GPa，較塊體（0.09 GPa）提升47倍——迄今雛菊鏈系統(tǒng)中的機械強度增幅最大。

團隊融合兩大技術：

1)結晶預組織：通過理性設計單體識別位點，巧妙借助π-π堆積與多重氫鍵、疏水、靜電相互作用協(xié)同驅動單體自組裝，形成超分子蜂窩模板（圖2，圖3）；

2)單晶到單晶（SCSC）轉變：利用光激發(fā)硫醇-烯點擊反應，在晶體原位構建[c2]雛菊鏈機械互鎖單元（圖4）。

“這相當于在分子尺度完成‘動態(tài)編織’，既保留蜂窩網(wǎng)絡模板的結構特點，又賦予晶體聚合物特性。”論文通訊作者劉志常教授解釋。

圖1. 純有機二維機械互鎖蜂窩網(wǎng)絡聚合物的構筑示意圖

圖2.D1自組裝過程以及形貌

圖3.D1單晶X射線衍射（超）結構

圖4.D2合成及單晶X射線衍射（超）結構

圖5.D2剝離后層狀材料的力學性能研究

圖6. D2剝離成三層納米片及表征

此項研究標志著西湖大學在動態(tài)智能材料領域取得重要突破，邁入國際前沿，相關技術有望引領下一代功能性材料的革新。

該研究得到了國家自然科學基金，浙江省“尖兵”“領雁”研發(fā)攻關計劃等資助，得到了西湖大學工學院鄭小睿研究員，安徽大學沈登科教授，廈門大學蘇紀豪教授大力支持（排名不分先后），西湖大學分子科學儀器與服務中心（ISCMS）、物理科學儀器與服務中心（ISCPS）和西湖大學高性能計算中心的支持。