今天為大家推送的文獻是最近發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition的一篇文章，標題為“Organic-inorganic copolymerization for homogenous composite without interphase boundary”。本文的通訊作者是浙江大學的唐?？到淌?，其主要研究方向是生物礦化。
有機-無機復合材料兼顧了有機材料的高柔韌性與無機材料的高強度，可有效地提高材料的性能。據(jù)報道，提高其摻雜無機相的均勻性，減少相界面可以顯著提升材料的柔韌性。但由于有機相與無機相的形成途徑迥異，目前將無機相均勻摻入有機相仍是一項重大挑戰(zhàn)。在此前的工作中，作者報道了基于碳酸鈣、磷酸鈣等的無機低聚物的聚合交聯(lián)過程。進一步地，作者希望通過無機低聚物與有機聚合物單體的共聚，得到均質的有機-無機復合材料。在本文中，作者選用了聚丙烯酰胺（PAM）作為有機聚合物基質，將丙烯酰胺（AM）與磷酸鈣低聚物（CPO）進行共聚，構筑均相結構的有機-無機共聚物。
為了得到該均質材料，作者首先制備了由三乙胺（TEA）穩(wěn)定的無機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，低聚物又進一步通過氫鍵與AM結合。最終在分子水平上，超小型的CPO較好地摻入PAM中，形成一種光學透明的材料。作者將其命名為PAM-CaP共聚物（PCC）。（圖1）
圖1 均質有機-無機共聚物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形成是基于共價鍵、離子鍵與氫鍵的協(xié)同效應。為了體現(xiàn)該材料與傳統(tǒng)復合材料（PAM-NP）的區(qū)別，作者通過掃描電子顯微鏡（SEM）對PCC與PAM-NP材料進行表征（圖2）。結果表明，PCC與純PAM聚合物相似，具有緊湊連續(xù)的結構特征；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復合材料的電鏡形貌
接下來，作者通過納米壓痕法對均質材料PCC的機械性能進行表征（圖3）。結果表明，與PAM-NP單純引入無機相改善PAM的機械性能相比，PCC形成的均勻連續(xù)結構能夠更加顯著地提高其機械強度，其模量與硬度幾乎優(yōu)于所有的塑料與無機-有機復合材料。均質的結構也賦予了PCC優(yōu)異的耐刮擦性能。
圖3 PCC材料的機械性能與耐刮擦性能表征
綜上，唐?？档热颂岢隽嘶谟袡C-無機共聚的新復合材料制備方法，可以構筑得到無相界面的有機-無機復合材料。該材料結構的均勻性與連續(xù)性使其具有良好的透光性與優(yōu)異的機械性能，在超高強度結構工程材料領域具有廣闊的應用前景。
作 者：ZZC 審 校：SJL
DOI :10.1002/anie.201913828
Link: https://doi.org/10.1002/anie.201913828
