今天為大家推送的文獻(xiàn)是最近發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition的一篇文章，標(biāo)題為“Organic-inorganic copolymerization for homogenous composite without interphase boundary”。本文的通訊作者是浙江大學(xué)的唐?？到淌冢渲饕芯糠较蚴巧锏V化。
有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料兼顧了有機(jī)材料的高柔韌性與無機(jī)材料的高強(qiáng)度，可有效地提高材料的性能。據(jù)報(bào)道，提高其摻雜無機(jī)相的均勻性，減少相界面可以顯著提升材料的柔韌性。但由于有機(jī)相與無機(jī)相的形成途徑迥異，目前將無機(jī)相均勻摻入有機(jī)相仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。在此前的工作中，作者報(bào)道了基于碳酸鈣、磷酸鈣等的無機(jī)低聚物的聚合交聯(lián)過程。進(jìn)一步地，作者希望通過無機(jī)低聚物與有機(jī)聚合物單體的共聚，得到均質(zhì)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料。在本文中，作者選用了聚丙烯酰胺（PAM）作為有機(jī)聚合物基質(zhì)，將丙烯酰胺（AM）與磷酸鈣低聚物（CPO）進(jìn)行共聚，構(gòu)筑均相結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)共聚物。
為了得到該均質(zhì)材料，作者首先制備了由三乙胺（TEA）穩(wěn)定的無機(jī)CPO前體，并這一前體加入AM的聚合體系后，引發(fā)AM的自由基聚合，形成共價(jià)連接的PAM；而體系中，由于TEA的揮發(fā)，CPO之間通過離子鍵鍵合形成低聚物，低聚物又進(jìn)一步通過氫鍵與AM結(jié)合。最終在分子水平上，超小型的CPO較好地?fù)饺?span style="font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: "Times New Roman";">PAM中，形成一種光學(xué)透明的材料。作者將其命名為PAM-CaP共聚物（PCC）。（圖1）
圖1 均質(zhì)有機(jī)-無機(jī)共聚物PCC的合成示意圖與性狀
作者通過紅外光譜、拉曼光譜與固體核磁等方法，證明了PCC形成是基于共價(jià)鍵、離子鍵與氫鍵的協(xié)同效應(yīng)。為了體現(xiàn)該材料與傳統(tǒng)復(fù)合材料（PAM-NP）的區(qū)別，作者通過掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)PCC與PAM-NP材料進(jìn)行表征（圖2）。結(jié)果表明，PCC與純PAM聚合物相似，具有緊湊連續(xù)的結(jié)構(gòu)特征；而PAM-NP則出現(xiàn)明顯的相分離現(xiàn)象。此外，在高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）的分辨率下，PCC仍然表現(xiàn)出均質(zhì)性，元素分析也證明其各組分分布的均勻性。
圖2 PCC材料與傳統(tǒng)PAM-NP復(fù)合材料的電鏡形貌
接下來，作者通過納米壓痕法對(duì)均質(zhì)材料PCC的機(jī)械性能進(jìn)行表征（圖3）。結(jié)果表明，與PAM-NP單純引入無機(jī)相改善PAM的機(jī)械性能相比，PCC形成的均勻連續(xù)結(jié)構(gòu)能夠更加顯著地提高其機(jī)械強(qiáng)度，其模量與硬度幾乎優(yōu)于所有的塑料與無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料。均質(zhì)的結(jié)構(gòu)也賦予了PCC優(yōu)異的耐刮擦性能。
圖3 PCC材料的機(jī)械性能與耐刮擦性能表征
綜上，唐睿康等人提出了基于有機(jī)-無機(jī)共聚的新復(fù)合材料制備方法，可以構(gòu)筑得到無相界面的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料。該材料結(jié)構(gòu)的均勻性與連續(xù)性使其具有良好的透光性與優(yōu)異的機(jī)械性能，在超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)工程材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
作 者：ZZC 審 校：SJL
DOI :10.1002/anie.201913828
Link: https://doi.org/10.1002/anie.201913828
