在全球能源危機與環(huán)境污染治理的雙重挑戰(zhàn)下，開發(fā)可再生的生物基材料是替代傳統(tǒng)塑料、推動可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。作為最具潛力的生物基平臺化合物之一，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)基聚酯卻長期受困于強度-韌性-阻隔性的“性能三角”權(quán)衡難題——高強材料脆如玻璃，高韌材料強度不足，其綜合性能難以匹敵石油基工程塑料。
基于此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團隊在前期聚酯復(fù)合材料空間限域組裝(Adv. Funct. Mater. 2025, 2421006；Chem. Eng. J. 2025, 519, 165390; Green Chem. 2025, 27, 743；Chem. Eng. J. 2023, 417, 144377)、分子-界面協(xié)同強化(Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2308631；Small 2024, 20, 2406958；Mater. Today Nano 2024, 25, 100463；Giant, 2024, 18, 100264)、原位催化-復(fù)合一體化(Nano-Micro Lett.?2025, 17, 161; Nanoscale 2023, 15, 8870)等研究基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地提出“納米限域結(jié)晶”策略構(gòu)筑高性能仿生偽礦化聚酯材料。
研究團隊通過設(shè)計并原位合成的二氧化鈦納米顆粒(TiO2NPs成核位點)接枝超大長徑比氮化硼納米片(BNNSs，長徑比>2600)作為層狀模板，誘導(dǎo)聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)在二維納米空間內(nèi)進行原位受限結(jié)晶和取向生長，形成有序“磚-泥”多尺度雜化結(jié)構(gòu)聚酯復(fù)合材料(PMP)。
PMP材料拉伸強度高達(dá)92MPa、模量達(dá)3.1GPa，同時保持高于173%的斷裂伸長率，氧氣阻隔性提升5倍，并具備優(yōu)異的紫外線屏蔽能力?！凹{米限域結(jié)晶”策略成功解決了生物基呋喃聚酯“強-韌-阻”難以兼得的關(guān)鍵共性科學(xué)難題，為生物基塑料替代高性能石油基工程塑料提供了創(chuàng)新范式。
該成果以“Overcoming Strength-Toughness Tradeoff of Furandicarboxylic Acid-Based Polyester via Nanoconfined Crystallization”為題發(fā)表于ACS Nano。寧波材料所丁紀(jì)恒博士為第一作者，王靜剛教授級高工和路偉研究員為通訊作者。該研究獲國家自然科學(xué)基金(52473104)、國家重點研發(fā)計劃(2022YFC2104500)、浙江省自然科學(xué)基金(Y24B040002)、寧波市重點研發(fā)項目(2024Z071)、中國博士后科學(xué)基金(2023M733601)和寧波市自然科學(xué)基金(2023J409)等的資助。
基于“納米限域結(jié)晶”構(gòu)筑的高性能仿生聚酯
