固有的透明性使環氧樹脂成為光電器件、智能窗戶等領域的理想材料，但高脆性和易燃性限制其實際應用。現有策略雖能提升其韌性或阻燃性能，但仍存在材料性能“顧此失彼”的現象，特別是，阻燃劑的引入通常會降低樹脂的透明性。基于此，西北工業大學顏紅俠教授團隊提出利用超支化硼/磷聚合物調控環氧樹脂的拓撲結構及其電子特性，以實現集高強、高韌、阻燃抑煙于一體的高透明環氧樹脂（圖1）。
圖1. 超支化硼/磷聚合物及其環氧樹脂合成示意圖
材料的透明性主要受內部結構缺陷（如界面、孔隙）引起的光散射和可見光范圍的光吸收引起的材料顏色變化兩方面影響。一方面，所設計的超支化組分通過共價交聯反應引入樹脂網絡中，不僅能夠降低樹脂體系的孔隙缺陷，且呈現納米尺度（<300 nm，小于可見光波長）的均勻相分離，有助于降低光散射（圖2a-e）。另一方面，利用缺電子硼原子和相對富電子磷原子調控樹脂交聯網絡的靜電勢分布，以增加HOMO-LUMO能級差，抑制可見光吸收，最終實現材料無色高透明。因此，EP2的無色高透明主要得益于超支化拓撲結構及其磷硼電子富缺性對樹脂聚合物網絡的協同調控作用。
圖2. a-c) EP、EP1和EP2的自由體積分布（其中藍色區域對應占據體積，灰色和紅色區域代表自由體積）；d-e) EP1和EP2超薄切片的TEM圖及其元素分布；f-i) EP、EP1和EP2的理論自由體積，透過率，紫外-可見光吸收，日光和紫外燈下的數碼照片。
此外，具有B-O和P-O雙重動態鍵的超支化拓撲結構不僅能夠與樹脂基體互穿互鎖，提升材料的機械強度，還能在外力作用下進行多重能量耗散，有效提高材料韌性。同時，硼、磷元素發揮氣相-凝聚相協同阻燃機制，賦予材料優異的阻燃抑煙性。與已報道的先進透明環氧樹脂相比，該團隊開發的超支化環氧樹脂體系能夠有效克服現有改性策略的缺陷，在提升樹脂機械性能和阻燃性能的同時，實現其無色高透明（圖3h）。
圖3. EP、EP1和EP2的力學性能、阻燃性能及與已報道環氧樹脂綜合性能對比
以上研究成果以“Hyperbranched Polyborophosphate towards Transparent Epoxy Resin with Ultrahigh Toughness and Fire Safety”為題發表在《Small》上。西北工業大學劉銳博士為論文第一作者；通訊作者為西北工業大學顏紅俠教授。該研究受到國家自然科學基金（22175143）以及西北工業大學博士生創新基金重點項目（CX2024026）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202502839
