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  聚氨酯（PU）彈性體作為一類重要的高分子材料，因其優(yōu)異的機械性能和廣泛的應用前景而備受關注。然而，傳統(tǒng)聚氨酯材料中普遍存在的強度與韌性之間的固有矛盾，限制了其在高端領域的應用，且其微相分離結構難以實現(xiàn)無損原位觀測，嚴重制約了材料性能的精準優(yōu)化。近日，中南民族大學超支化聚合物團隊張道洪教授、姜宇教授與阿卜杜拉國王科技大學Nikos Hadjichristidis教授合作，在超支化聚氨酯彈性體的結構設計、性能優(yōu)化及微觀結構原位可視化方面取得重要研究進展。

  相關成果以“In Situ Visualization of Microphase Separation in High-Performance Hyperbranched Polyurethane”為題，發(fā)表在高分子科學頂級期刊《Macromolecules》上（DOI: 10.1021/acs.macromol.5c02875）。中南民族大學化材學院碩士研究生韋靖媛為論文第一作者，張道洪教授、姜宇教授為論文通訊作者，中南民族大學為論文第一署名單位。

  為了克服傳統(tǒng)聚氨酯在機械性能上的瓶頸，本工作創(chuàng)新性地設計制備了一種以超支化聚酯（HPAE）為雙功能單體的高性能非傳統(tǒng)熒光聚氨酯（PU-HPAE_x）。HPAE分子同時充當交聯(lián)點和非傳統(tǒng)熒光探針，利用超支化拓撲結構可同步調控其交聯(lián)網絡與微相分離結構，協(xié)同提升強度與韌性，使其展現(xiàn)出卓越的綜合機械性能：拉伸強度高達65.80 MPa，斷裂伸長率達1031.70%，韌性達到185.3 MJ m^-3，成功突破了傳統(tǒng)材料中強度與韌性的矛盾。

  同時，超支化拓撲結構可誘導增強聚合物網絡內部基團間的空間共軛作用，提升其非傳統(tǒng)熒光特性（量子產率高達11.16%）。基于該熒光性能，實現(xiàn)了材料微米級相分離及其動態(tài)演化的原位無損可視化監(jiān)測，為深入解析材料的構效關系提供了直接觀測手段。

  此外，該超支化聚氨酯彈性體還展現(xiàn)出優(yōu)異的刺激響應熒光特性。其熒光強度能夠對外部機械應變和環(huán)境濕度的變化做出靈敏響應。這一特性，結合其本身卓越的力學性能，使其在智能傳感領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力，例如可用于開發(fā)新型的可視化形變傳感器或濕度檢測器件。

圖1. 超支化聚氨酯彈性體（PU-HPAE_x）構筑策略

圖2. 超支化聚氨酯彈性體（PU-HPAE_x）結構表征

圖3. 超支化聚氨酯彈性體（PU-HPAE_x）機械性能表征

圖4. 超支化聚氨酯彈性體（PU-HPAE_x）熒光性能表征

圖5. 超支化聚氨酯彈性體（PU-HPAE_x）微相分離熒光可視化

圖6. 超支化聚氨酯彈性體（PU-HPAE_x）的熒光響應行為

  張道洪教授領銜的超支化聚合物團隊入選了湖北省自然科學創(chuàng)新群體、湖北省科技創(chuàng)新團隊和國家民委創(chuàng)新團隊。依托催化轉化與能源材料化學教育部重點實驗室和超支化聚合物合成與應用技術湖北省工程研究中心，主要圍繞超支化聚合物“基礎理論-關鍵技術-工程化與應用示范”創(chuàng)新鏈展開應用基礎研究。近年來，團隊在超支化拓撲結構精準調控（Chem. Soc. Rev. 2024, 53, 624; Angew. Chem. 2022, 61, e202211713; Chem. Eng. J. 2025, 521,166591；Macromolecules, 2025, 58, 6512）、超支化聚合物結構與性能調控（Adv. Mater. 2024, 36, 2308434; Angew. Chem. 2023, 62, e202310832; Prog. Mater. Sci. 2022, 130, 100977; Nat. Sustain., 2020, 3, 29）、超支化聚合物循環(huán)回收利用（Nat. Commun. 2024, 15, 4869; Macromolecules, 2023, 56, 5290; Chem. Eng. J. 2023, 471, 144329）等領域取得了一系列研究進展，推動相關學科快速發(fā)展。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02875