范德華(vdW)相互作用普遍存在于所有分子中，并對凝聚態物質的各種特性具有重要影響。早在半個多世紀前，人們便意識到vdW相互作用是決定聚合物宏觀性能的一個關鍵因素。然而，迄今為止，對其具體機制的了解仍然十分有限，導致在聚合物設計中常被忽視。近日，四川大學汪秀麗研究團隊發表了一篇關于聚合物分子間相互作用的研究，揭示了微觀vdW作用與宏觀性能的聯系，為高性能聚合物的設計提供了新思路。
許多具有強vdW相互作用的聚合物，如富含苯環的聚合物，通常也具有較高的化學結構剛性。這種化學剛性與vdW相互作用的耦合，導致研究人員難以判斷聚合物性能提升的原因是由于化學剛性的增強，還是vdW相互作用的貢獻。
為了研究 vdW 相互作用與聚合物宏觀性能之間的聯系，作者巧妙地利用了姜黃素(Cur)和四氫姜黃素(4HCur)碳碳單鍵與雙鍵的差異來調控聚合物骨架的剛柔性，成功分離 vdW 相互作用和化學剛性兩種因素，同時基本不改變vdW主要位點(苯環)的含量。作者隨后對這兩個理想結構進行苯肼和縮水甘油醚化衍生，并在戊二酸酐和甘油的存在下，制備了無定形玻璃態環氧樹脂(EP-4HCur 和 EP-Cur)，以進一步來研究 vdW 相互作用的特性(圖1)。研究結果顯示，化學結構柔性的EP-4HCur在拉伸強度、拉伸模量以及儲能模量方面表現出更高的表觀剛性，顯示出vdW對樹脂性能具有顯著影響。
最后，作者從能量角度指出，增強柔性應適用于各種分子間相互作用，而柔性也不一定要限制于聚合物骨架。這項研究不僅從微觀角度揭示了范德華相互作用對高分子材料性能的影響，更為未來高性能聚合物的設計提供了全新的視角。
本工作以“Rational Utilization of Intermolecular Interactions: Enhancing the Mechanical Properties of Amorphous Glassy Polymer through Flexible Backbones”為題，發表在《Macromolecules》上。論文第一作者為四川大學博士生劉璟宏，通訊作者為四川大學汪秀麗教授。本工作得到了國家自然科學基金(No. 22275131)支持。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.4c01799
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