無機離子聚合與新型聚合材料的創(chuàng)制
首次構(gòu)建出無機離子寡聚體并可以通過“無機離子聚合”全新途徑可塑地構(gòu)建出無機材料,實現(xiàn)“像制造塑料一樣制造無機物”(Nature 2019)并可以進一步實現(xiàn)無機材料的相互融合(Science 2021)。
一、項目分類
重大科學前沿創(chuàng)新
二、成果簡介
首次構(gòu)建出無機離子寡聚體并可以通過“無機離子聚合”全新途徑可塑地構(gòu)建出無機材料,實現(xiàn)“像制造塑料一樣制造無機物”(Nature 2019)并可以進一步實現(xiàn)無機材料的相互融合(Science 2021)。這些成果突破了無機塊體材料依賴高溫燒結(jié)定形的傳統(tǒng)途徑,可以在常溫條件下實現(xiàn)構(gòu)建,為功能材料的制備提供革命性的科學新基礎,特別適合在生物體內(nèi)開展仿生合成。目前已經(jīng)顛覆性地實現(xiàn)以下突破:
1)結(jié)合生物礦化實現(xiàn)人體牙釉質(zhì)的再生(Sci Adv 2019),再生層與天然牙釉結(jié)構(gòu)完全一致,擁有相同的生物力學特性。該工作打破了傳統(tǒng)口腔醫(yī)學中牙釉質(zhì)不能再生的認知,引領新一代口腔材料從“填充型”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;再生型”。目前已進入轉(zhuǎn)化研究階段,樣品能夠高效地修復牙齒表面的微小缺損。
2)結(jié)合傳統(tǒng)有機聚合發(fā)展出有機-無機共聚新技術(shù),可以制備出有機-無機共聚物(Angew Chem Int Ed 2020)。與傳統(tǒng)的有機無機復合材料不同,共聚型新材料能夠在分子尺度上實現(xiàn)有機和無機相之間的相互融合,從而構(gòu)建出結(jié)構(gòu)完全均一、具有優(yōu)異力學性能的輕質(zhì)高強材料。特別是在傳統(tǒng)高分子材料中引入無機離子鍵可以顯著增強材料原有的力學性能,例如通過無機離子寡聚體可以大幅度改善傳統(tǒng)塑料材料。
“無機離子聚合”可以構(gòu)建出柔性無機離子材料,開發(fā)出礦物基塑料替代新材料,被稱為“石頭變塑料” (Adv Mater 2022)。礦物基塑料材料與傳統(tǒng)塑料相比在保持制備可塑性和結(jié)構(gòu)韌性的同時,具有高強、高硬和高熱穩(wěn)定性等新特征,而其礦物的本質(zhì)特征還可以使材料能夠融入到自然的礦物循環(huán)中,為解決塑料污染問題提供新策略,是一種環(huán)保型的新材料。
浙江大學
2022-07-22