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  基于多重氫鍵交聯的聚氨酯脲彈性體具有優異的機械性能，是高性能熱塑性彈性體的理想候選材料。然而，由于氫鍵的動態特性，它們易受熱、水或溶劑的影響，導致機械性能的快速下降。開發兼具機械強度、環境穩定性和可持續性的熱塑性彈性體已成為該領域的重點研究方向。

  近日，香港中文大學（深圳）朱賀助理教授課題組在前期工作基礎上報道了一種由聚己內酯（PCL）、六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和十二烷二酸二酰肼（DD）構成的高強度聚氨酯脲彈性體。優化后的PCL-1.67DD彈性體室溫時展現出超高的機械性能，其拉伸強度為77.7 MPa，韌性為629.8 MJ m?3，斷裂能為642.3 kJ m?2，在120 °C高溫下韌性仍高達264.2 MJ m?3。該彈性體在pH 2-12的水溶液中溶脹率極低，對多種有機溶劑展現出了優異的耐受性，且表現出優異的可降解性和可回收性。

  2026年2月20日，該工作以“Mechanically Robust Poly(urethane-urea) Elastomers Under Extreme Temperatures, Humidity, and Solvent Exposure”為題發表在Advanced Functional Materials上。論文第一作者香港中文大學（深圳）理工學院博士生秦劍亮（現為大連理工大學助理研究員），通訊作者為香港中文大學（深圳）理工學院朱賀助理教授。該工作得到了香港中文大學（深圳）朱世平教授的大力支持。

  該設計核心為通過優化硬段的含量，在不犧牲氫鍵結合效率的前提下，顯著提高了氫鍵總數，從而確保形成了更具聚集性和穩定性的硬段團簇，使其能夠有效抵抗熱、水或溶劑的破壞。DFT計算和分子動力學模擬驗證了這一設想。

圖1. (a) PCL-DD、PCL1.33DD和PCL-1.67DD彈性體的合成路線，(b) 基于DFT計算得到的含三個擴鏈劑（DD）的硬段二聚體的優化結構和結合能，(c) 通過分子動力學模擬優化得到的PCL-DD、PCL-1.33DD和PCL-1.67DD彈性體的硬段聚集結構和氫鍵結合效率

  所制備的三種彈性體均表現出優異的力學性能，且隨著HDI和DD比例的增加，力學性能呈現明顯的增加趨勢。該結果表明適當優化硬段組分的比例可有效增加聚合物網絡中的氫鍵數量，從而提高其機械強度和韌性。

圖2. PCL-DD、PCL-1.33DD和PCL-1.67DD彈性體的(a)工程應力-應變曲線和(b)真實應力-應變曲線， (c) PCL-1.67DD斷裂能測試，(d)強度和韌性與現有文獻比較，(e)韌性和斷裂能與現有文獻比較，( f ) 1D – SAXS測試曲線，(g) FTIR光譜，（h）PCL-1.67DD彈性體FTIR光譜及其子峰,（i）PCL-1.67DD彈性體在不同應變下的XRD測試。

  彈性體在極端溫度下的機械性能下降是其在嚴苛環境下應用的主要障礙之一。該研究報道的三種彈性體在120 °C和-40 °C的極端溫度下仍表現出優異的機械性能，且優化后的PCL-1.67DD彈性體整體表現突出，證實了硬段結構優化的必要性。

圖3. (a)彈性體在120 °C時應力-應變曲線，(b) PCL-1.67DD彈性體機械性能隨溫度升高的變化，(c) PCL-1.67DD彈性體樣品在120 °C時的熱穩定性展示，(d)彈性體在0 °C的應力-應變曲線， (e) PCL-1.67DD彈性體機械性能隨溫度降低而變化，（f）PCL-1.67DD 彈性體在-40 °C下拉伸至不同應變的實物演示。

  得益于彈性體內穩固的氫鍵網絡，三種彈性體在多種有機溶劑中均展現出較低的溶脹率，且干燥后幾乎無質量損失。PCL-1.67DD更多的氫鍵網絡促使其呈現出了更好的溶劑耐受性，尤其是在水溶液中幾乎不會受到影響。作為直觀的演示，僅依賴于氫鍵實現物理交聯的PCL-1.67DD彈性體在60 °C四氫呋喃中浸泡一周后僅展現出輕微的溶脹而不溶解。

圖4. 彈性體在室溫下浸泡于不同有機溶劑1天后的(a)溶脹率和(b)剩余質量分數，PCL-1.67DD彈性體在(c)不同pH值的水中浸泡1天后（未干燥）的應力-應變曲線以及(d)不同有機溶劑中浸泡1天后（干燥）的應力-應變曲線， (e) PCL-1.67DD彈性體在四氫呋喃中于60 ℃加熱7天前后的實物展示

  朱世平教授團隊長期招收博士后、博士生和碩士生，請有意者準備好完整的中、英文簡歷，代表文章PDF（若有）發送至郵箱：zhuhe@cuhk.edu.cn（朱老師）和qizhang@cuhk.edu.cn（張老師）。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202529017