2023年，这些“高分子”领域研究成果，登上Nature、Science!

1月

又是聚C60，单层变多层，再发Nature!

2023年1月4日，哥伦比亚大学大学的Elena Meirzadeh、Xavier Roy、Colin Nuckolls、 Jingjing Yang、Michael L. Steigerwald合作通过一种机械剥离的方式，制备了聚合C60的多层二维分子薄片，这种具有清洁表面的二维薄片则是创建异质结构和光电器件的关键。该合成方法主要通过化学气相法生长出层状聚合物（ Mg4C60）∞的单晶，然后用稀酸除去镁，最后采用机械剥离的方式获得聚合 C 60的多层二维分子薄片。他们还研究了这种材料的导热性，发现由于面内共价键作用，这种材料比单分子C60的导热性高得多。该工作以题为“A few-layer covalent network of fullerenes”的文章发表于Nature上。

新型碳基晶体

2023年1月11日，中国科学技术大学朱彦武教授团队联合韩国基础科学研究所Rodney. S. Ruoff教授利用氮化锂对富勒烯C60分子晶体进行电荷注入，在常压条件下和440-600 ℃范围内将面心立方堆积的C60分子晶体转变为聚合物晶体及长程有序多孔碳（LOPC）晶体，实现了其克量级制备。研究人员系统表征了其微观结构、谱学特征、结构衍化和电学性质；发展了电荷注入方法辅助实现C 60分子间界面的原子级精度调控，为碳基晶体材料研究提供了一种“拼乐高”式的制备技术。相关成果以“Long-range ordered porous carbons produced from C 60”为题发表在最新一期《Nature》上，第一作者为潘飞特任副研究员、倪堃特任副研究员和徐涛副教授。

四年磨一剑！可单向转动的电动分子马达！

过去的将近半个世纪中，人们发展了各种类型的分子机器。人造分子机器的发展也极大的促进了相关纳米科学和材料科学的发展与进步。人造分子机器可以起到能量转换器的作用，可以在多种能量例如光能、化学燃料等的驱动下做机械功。尽管现在有研究已经表明单分子马达可以在材料表面以及高真空度的条件下通过遂穿电流进行调控，但是在常规温和条件下，例如溶液中，通过电能对分子马达和分子机器的运动进行可逆可控的调控还没有报道。2023年1月11日，高产的诺奖得主，美国西北大学的J. Fraser Stoddart团队通过精巧的运动能垒设计，组装并合成了一种可以通过电能进行调控的可以单向转动的分子马达。该工作以题为”An electric molecular motor“发表在《Nature》上。

聚电解质限域流体忆阻器

2023年1月12日，中科院化学研究所活体分析化学院重点实验室于萍和毛兰群团队发展了一种聚电解质限域的流体忆阻器，利用单个器件首次实现了神经化学信号与电信号转导的模拟。该研究为发展类化学突触功能器件、神经智能传感、神经形态计算以及神经假肢等提供了新的思路。相关研究结果发表在Science.（2023,379,156-161）上, 文章第一作者是博士生熊天逸，通讯作者为于萍研究员和毛兰群教授，完成单位为中国科学院化学研究所、中国科学院大学、湘潭大学和北京师范大学。

简单改进，3D打印又一篇Nature!

2023年1月18日，哈佛大学的Jennifer A. Lewis团队设计了一种旋转的多材料3D打印（RM-3DP）平台，可以实现3D打印细丝出现异质螺旋亚三维结构。通过控制连续旋转多材料喷嘴角速度与平移速度比，可以在给定的圆柱体细丝中创建了具有可编程螺旋角度、层厚度和界面面积的螺旋丝亚三维结构。利用这种打印方法，在介电弹性体基体中嵌入了导电螺旋通道，实现了可灵活调控的功能性人造肌肉。该工作以题为“Rotational multimaterial printing of filaments with subvoxel control”的文章发表于Nature上。

基于分子工程实现钙钛矿太阳能电池性能重大突破

2023年1月19日，华中科技大学李雄教授、荣耀光副教授联合洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授介绍了合作策略来解决这些问题，并实现高效的PSMs，达到前所未有的操作稳定性，同时，可以以有竞争力的生产速度进行大规模生产。作者在混合阳离子钙钛矿中引入了一种膦酸官能化富勒烯衍生物作为晶界调节剂来巩固晶体结构，从而提高了薄膜对光照、热量和水分的耐受性。作者还开发了一种氧化还原活性自由基聚合物，它可以通过空穴注入对空穴传输材料进行有效的p-掺杂，而且还能缓解锂离子的扩散。1cm 2的混合阳离子-阴离子PSC和17.1 cm 2的最小模块的功率转换效率分别达到了23.5%和21.4%。在70°±5°C的连续光照下，经过3265 h的最大功率点跟踪，PSC保持了95.5%的初始效率。相关成果以“Radical polymeric p-doping and grain modulation for stable, efficient perovskite solar modules”为题发表在最新一期《Science》上，第一作者为Shuai You，Haipeng Zeng，Yuhang Liu和Bing Han。

创办公司，发Nature！“斜杠青年”徐升教授：可穿戴心脏超声成像贴，邮票大小，可连续监测24小时！

2023年1月25日，加州大学圣地亚哥分校徐升教授报告了一种用于连续、实时和直接心脏功能评估的可穿戴超声贴片。研究人员引入了设备设计和材料制造方面的创新，改善了设备与人体皮肤之间的机械耦合，允许在运动过程中从不同的角度检查左心室。同时还开发了一种深度学习模型，可以从连续的图像记录中，自动提取左心室容积，生成每搏输出量、心输出量和射血分数等关键心脏性能指标的波形。该技术能够在各种环境中以显着提高的准确性动态可穿戴监测心脏性能。相关研究成果以题为“A wearable cardiac ultrasound imager”发表在最新一期《Nature》上。

2月

固态电解质，最新Science！

2023年2月2日，伊利诺亚理工学院的Mohammad Asadi教授和阿贡国家实验室Larry A. Curtiss教授通过在基于Li10GeP2S12纳米颗粒嵌入改性聚氧化乙烯聚合物基体的复合聚合物电解质中，发现了Li2O是室温固态锂-空气电池的主要产物。该电池可循环充电1000次，极化间隙小，可高速运行。四电子反应是由混合离子-电子-导电的放电产物及其与空气的界面促成的。这一发现为在室温下实现锂基化学提供了新的设计机会，而且电池的能量密度远远高于目前锂离子技术所能提供的。相关成果以“A room temperature rechargeable Li2O-based lithium-air battery enabled by a solid electrolyte”为题发表在《Science》上。

可拉伸液态金属薄膜，保护柔性设备免受液体、气体渗透

2023年2月3日，上海交通大学邓涛教授、尚文副研究员团队、北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey、A123系统公司(一家锂离子电池公司)研发中心Wang Jun合作通过间隔物的整合，展示了使用液态金属作为可拉伸的气密密封，它同时具有金属和流体特性。这种软密封是用于可拉伸电池和涉及挥发性流体（包括水和有机流体）的可拉伸传热系统。在500次循环后，电池的容量保持率约为72.5%，而密封的传热系统在拉伸和加热时显示出约309瓦/米-开尔文的热导率。此外，随着信号传输窗口的加入，研究人员展示了通过这种密封的无线通信。这项工作为创建可拉伸但密封的软设备包装设计解决方案提供了一条途径。相关研究成果以题为“Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems”发表在最新一期《Science》期刊上。

五年磨一剑！陈晓东/鲍哲南/刘志远最新《Nature》：像“乐高积木”一样轻松组装可拉伸电子设备！

2023年2月15日，新加坡南洋理工大学陈晓东教授、斯坦福大学鲍哲南教授以及中国科学院深圳先进技术研究院刘志远教授联合报告了一种通用接口，只需要10秒，可以将软、硬和封装模块可靠地连接在一起，以即插即用的方式形成坚固和高度可拉伸电子设备。该双相纳米分散(BIND)接口由相互渗透的聚合物和金属纳米结构组成，通过简单的按压而不使用浆料来连接模块。它的形成由一个双相网络生长模型来描述。就像用乐高积木搭建结构一样，只需将带有 BIND 接口的任何模块压在一起，即可组装出高性能的可拉伸设备。通过这种界面连接的软-软模块分别实现了600%和180%的机械和电气伸展性。软的和硬的模块也可以用上述接口进行电连接。用这种接口对软体模块进行封装，具有很强的粘性，界面韧性为0.24 Nmm-1。作为一个概念验证，研究人员用这种接口组装可拉伸的设备，用于体内神经调节和皮肤上的肌电图，具有很高的信号质量和机械阻力。研究人员期望这样一个即插即用的接口能够简化并加速皮肤上和植入式可拉伸设备的开发。相关研究成果以题为“A universal interface for plug-and-play assembly of stretchable devices”发表在最新一期《Nature》期刊上。

打破壁垒！最新Science：体内直接合成导电聚合物及凝胶！

2023年2月23日，林雪平大学Xenofon Strakosas和Magnus Berggren团队开发了一种不使用基板的情况下直接在组织内部合成导电聚合物并凝胶化的方法，产生接近于无缝融合的生物-非生物界面，对组织造成的损害很小。相关成果以“Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics”发表于最新一期Science。

慕尼黑工业大学/华东师范大学合作Science：塑料升级回收新方式！

2023年2月23日，慕尼黑工业大学JohannesA.Lercher教授、慕尼黑工业大学/华东师范大学刘玥教授以及ZhangWei博士提出了一种独特的方法，利用高离子反应环境来提高聚合物的反应性并降低离子过渡态的能量。将聚合物C-C键的内热裂解与裂解产物的放热烷基化反应相结合，可以在低于100℃的温度下将聚乙烯和聚丙烯完全转化为液体异构烷烃（C6至C10）。这两个反应都是由在氯铝酸盐离子液体中生成的路易斯酸物质催化的。烷基化产物形成一个独立的相，很容易从反应物催化剂混合物中分离出来。该工艺可以将未加工的消费后物品转化为高质量的液态烷烃，而且产量很高。相关研究成果以题为“Low-temperature upcycling of polyolefins into liquid alkanes via tandem cracking-alkylation”发表在最新一期《Science》上。

基于微流控的汗液健康检测系统

2023年2月23日，美国西北大学的John A. Rogers（美国工程院院士、美国科学院院士、美国医学院院士、美国文理科学院院士）、Da Som Yang和Roozbeh Ghaffari在Science上发表了一篇题为“Sweat as a diagnostic biofluid Skin-interfaced microfluidic systems help assess health status and chemical exposure”的Perspective，详细阐述了皮肤界面微流体装置（可穿戴微流控贴片）如何实现对汗液样本的原位采集和分析，实现对包括CF的疾病筛查，管理肾脏疾病，跟踪压力水平，监测免疫反应以及指导处方药的使用等方面的应用。

3月

重大突破！上海交通大学黄兴溢教授/PSU王庆教授Nature：耐高温、本征高导热聚合物电介质薄膜

2023年3月1日，上海交通大学黄兴溢教授团队联合美国宾夕法尼亚州立大学王庆教授团队在聚合物电工绝缘材料研究领域取得重大突破，设计了一类阶梯状共聚物，该共聚物通过π-π堆叠作用自组装成高度有序阵列。在大幅提升柔性聚合物电介质薄膜导热性能的基础上使电阻率提升了一个数量级，解决了导热和绝缘的矛盾。聚合物电介质薄膜厚度方向的本征导热系数为1.96±0.06 W/(mK)，是目前报道的绝缘聚合物本征导热系数的最高值。聚合物电介质薄膜在200℃、90%效率下的放电能量密度为5.34 J/cm3，在50000次充-放电循环后储能性依然稳定，且具有良好击穿自愈性，在电磁能装备、新能源汽车、电力电子等领域极具应用前景。相关研究成果以题为“Ladderphane copolymers for high-temperature capacitive energy storage”发表在最新一期《Nature》期刊上。其中，黄兴溢教授和王庆教授为通讯作者，陈杰助理研究员、周垚博士和黄兴溢教授为共同第一作者，上海交通大学为论文的第一完成单位。

无规杂聚物集合，可模拟蛋白质！

2023年3月8日，美国加利福尼亚大学伯克利分校徐婷教授课题组利用蛋白质的序列信息，开发了一种人工聚合物的设计框架，以合成无规杂聚物集合，实现了模拟蛋白质混合物的目标。相关成果以“Population-based heteropolymer design to mimic protein mixtures”发表于最新一期Nature。

高精度3D打印有机硅！

2023年3月23日，美国弗罗里达大学的Thomas E Angelini团队开发了一种由PDMS为基材的3D打印精确、复杂细节结构的方法。该方法主要采用一种由硅油乳液制成的支撑材料。这种材料对有机硅油墨的界面张力可以忽略不计，消除了经常导致印刷有机硅特征变形和断裂的破坏性力量。这种方法在文中被称为为超低界面张力的增材制造（AMULIT）。这种方法的多功能性使得能够使用成熟的有机硅配方来制造直径小至8微米的复杂结构和特征。通过调整这种支撑材料的弹性和流动特性实现了高性能印刷，这使我们能够制造复杂的形状，例如脑动脉瘤模型和功能性三叶心脏瓣膜。通过使用几种不同的市售PDMS配方来打印各种结构，证明了AMULIT技术不需要专门的油墨。在深入的研究后，发现使用AMULIT生产的3D打印结构比模制结构更具可扩展性并且机械性能良好。该工作以题为“A silicone-based support material eliminates interfacialinstabilities in 3D silicone printing”的文章发表于Science上。

这篇Science真的超简单，还登上了头条！

2023年3月30日，洛桑联邦理工学院Herbert Shea教授和Michael Smith博士共同报告了一种可拉伸纤维形式的流体泵。流体泵的压力源可以直接集成到纺织品中，从而实现不受束缚的可穿戴流体。此流体泵由嵌入薄弹性体管壁内的连续螺旋电极组成，并通过电荷注入电流体动力学悄悄地产生压力。每米纤维产生 100 千帕的压力，流速可能接近每分钟 55 毫升，相当于每公斤 15 瓦的功率密度。相关成果以“Fiber pumps for wearable fluidic systems”为题发表在最新一期《Science》上。

4月

解决PHA面临的三大挑战！

2023年4月6日，科罗拉多州立大学Eugene Chen教授课题组报告了一种合成PHA平台，该平台通过消除PHA重复单元中的α-氢来解决热不稳定性的根源，从而在热降解过程中排除容易的顺式消除。PHA中的这种简单的α,α-二取代显着提高了热稳定性，以至于PHA变得可熔融加工。协同地，这种结构修饰还赋予PHA机械韧性、固有结晶度和闭环化学可回收性。相关研究成果以题为“Chemically circular, mechanically tough, and melt-processable polyhydroxyalkanoates”发表在最新一期《Science》期刊上。LI ZHOU，ZHEN ZHANG为本文共同第一作者。

不对称机械响应水凝胶，登上Sciecne！

2023年4月13日，日本理化学研究所创发物性科学研究中心Yasuhiro Ishida教授和WangXiang报告了一种均匀的复合水凝胶，由于嵌入式纳米填料的方向性屈曲，它显示了大量的机械非互易性。这种材料表现出的弹性模量在一个方向剪切时比相反方向高60倍以上。因此，它可以将对称振动转化为非对称振动，适用于质量传输和能量收集。此外，当受到局部相互作用时，它表现出不对称的变形，这可以诱发各种物体的定向运动。这种材料可以促进非互利系统的发展，用于能源转换和生物操纵等实际应用。相关成果以“Mechanical nonreciprocity in a uniform composite material”为题发表在最新一期《Science》上。

“木头大王”胡良兵又发《Nature》了，进军塑料回收新方式！

2023年4月19日，马里兰大学胡良兵教授与普林斯顿大学琚诒光教授提出了一种无催化剂、远离平衡的热化学解聚方法，可以通过热解从商品塑料（聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)）中生成单体。这种选择性解聚过程通过两个特征实现：(1)空间温度梯度和(2)时间加热曲线 。空间温度梯度是使用多孔碳毡的双层结构实现的，其中顶部电加热层产生热量并将热量向下传导到下面的反应器层和塑料。由此产生的温度梯度促进塑料在遇到穿过双层的升高温度时持续熔化、芯吸、蒸发和反应，从而实现高度解聚 。同时，脉冲电流通过顶部加热器层会产生一个时间加热曲线，该曲线具有周期性的高峰值温度（例如，约600°C）以实现解聚 ，但瞬态加热持续时间（例如，0.11s）可以抑制不需要的副反应。使用这种方法，作者将PP和PET解聚成相应的单体，产率分别约为36%和43% 。总体而言，这种通电时空加热(STH)方法可能为全球塑料垃圾问题提供解决方案 。相关研究成果以题为“Depolymerization of plastics by means of electrified spatiotemporal heating”发表在最新一期《Nature》上。Qi Dong, Aditya Dilip Lele, Xinpeng Zhao, Shuke Li为本文共同第一作者。

中国科大徐铜文/杨正金最新《Nature》：助力我国“离子膜”弯道超车！

2023年4月26日，中国科学技术大学徐铜文/杨正金教授团队与合作者针对离子膜普遍存在的“传导性-选择性”相互制约关系，提出一类新型三嗪框架聚合物离子膜。基于刚性通道的限域效应和通道内的“离子配位”机制，该膜材料展示出了近无摩擦的离子传递，实现了水系有机液流电池快充，电池充放电电流密度达到500 mA/cm2，是当前普遍报道值的5倍以上。相关研究成果以“Near-frictionless ion transport within triazine framework membranes”为题发表在《Nature》上。中国科学技术大学化学与材料科学学院博士后左培培、英国爱丁堡大学叶纯纯和中国科大本科毕业生焦中任为论文的共同第一作者。 据介绍，此类离子膜有望实现国产聚合物离子膜的“弯道超车”，为实现国家“双碳”战略目标和可持续发展提供技术支撑。这是理论与应用的双重创新，以中国科大徐铜文教授团队为代表的中国科学家，付出了坚持不懈的努力。

给不同的高分子安上相同动态交联键， 破解塑料回收重大难题 ！

2023年4月26日，科罗拉多州立大学Eugene Y.-X. Chen团队和哥伦比亚大学Sanat K. Kumar，Tomislav Rovis合作联合发表了一篇关于不混融聚合物的通用混合方案，该方案可以应用于大多数聚合物，使得回收站的混合塑料可以实现快速混合回收并在加工利用。即将动态交联剂安装到几类混合后不相容的聚合物上，实现混合聚合物链之间的键合。该方案为塑料的快速低成本回收提供了有前景的回收策略，为塑料的回收利用打开了新的思路。 该工作以题为“Dynamic crosslinking compatibilizes immiscible mixed plastics”的文章发表于Nature上。

5月

手性螺旋聚合物膜，可用于不对称圆偏振光成像

2023年5月3日，首尔大学Joon Hak Oh教授和密歇根大学Nicholas A. Kotov教授报告了一种简单而强大的方法，通过共轭聚合物链的超分子螺旋排序来制造手性光学柔性层。通过使用挥发性对映异构体进行手性模板化，它们的多尺度手性和光学活性可以在宽光谱范围内变化 。去除模板后，生色团仍然堆叠在一维螺旋纳米纤维中，产生均匀的手性光学层，具有显着增强的偏振相关吸光度，从而实现自旋角动量（SAM）的高分辨率检测和可视化 。这项研究为可扩展地实现编码量子信息处理和高分辨率偏振成像所需的光子自旋自由度的片上检测提供了直接途径。基于聚合物的CP光电探测器实现了大面积光的自旋状态的实时时空可视化，证明了利用光的自旋状态在室温下工作的光通信和量子计算设备的可能性 。

鲍哲南院士团队，再发《Science》，电子皮肤实现神经形态感官反馈！

2023年5月18日，斯坦福大学的鲍哲南团队成功实现了一个完整的软体假体电子皮肤（e-skin）。这项技术具备多模态感知、神经形态的脉冲序列信号生成和闭环驱动的能力。通过采用三层高渗透率弹性电介质，他们成功实现了可拉伸的有机器件，其低亚阈值波动、低工作电压、低功耗和中等规模电路集成复杂性能够与多晶硅晶体管相媲美。这种电子皮肤模拟了生物感应运动回路，当施加越来越大的压力刺激时，固态突触晶体管会产生更强的驱动力。相关研究成果题为《Neuromorphic sensorimotor loop embodied by monolithically integrated, low-voltage, soft e-skin》发表在《Science》上，第一作者是Weichen Wang，Yuanwen Jiang、Donglai Zhong和Zhitao Zhang为共同一作。

时隔40年，铁电高分子再登Science综述！

2023年5月23日，为了推动聚合物铁电材料在纤维可穿戴设备、平板和柔性空调（AC）、生物医学设备、人造肌肉、软体机器人、发射性能量感应和成像方面的发展和应用，上海交通大学钱小石、宾夕法尼亚州立大学章启明合作在Science上发表了一篇题为“Fluoropolymer ferroelectrics: Multifunctional platform for polar-structured energy conversion”的Review。他们主要总结了这些聚合物的历史，并讨论了最近的进展，重点关注了它们在机电、电热和介电应用中的潜在用途。这是Science自1983年发表首篇铁电高分子综述后，40年后再次刊登铁电高分子领域的综述论文。

6月

鲍哲南院士，再发Science，第22篇NS正刊！

2023年6月1日，斯坦福大学鲍哲南院士团队使用了两种动态聚合物，它们具有不混溶的骨架但具有相同的动态键，以保持层间粘附，同时在愈合过程中实现自主重新排列。这些动态聚合物表现出弱互穿和粘附界面，其宽度可调。当多层聚合物薄膜在损坏后错位时，这些结构会在愈合过程中自动重新排列，以最大限度地减少界面自由能。研究人员进一步制造了具有导电、介电和磁性颗粒的设备，这些颗粒在损坏后可以恢复功能，从而实现薄膜压力传感器、磁性组装的软机器人和水下电路组。相关研究成果以题为“Autonomous alignment and healing in multilayer soft electronics using immiscible dynamic polymers”发表在最新一期《Science》期刊上。

一类新材料在浙大问世！集陶瓷、橡胶和塑料于一体

2023年6月7日，浙江大学化学系唐睿康教授与刘昭明研究员课题组旨在生产有机-无机分子作为自下而上合成混合材料的前体。作者使用一种叫做硫辛酸（TA）的有机分子和一种由碳酸钙低聚物（CCOs）组成的无机化合物来产生一种TA-CCO混合分子，其分子式为TA 2Ca（CaCO 3） 2（图1）。这些分子的聚合在块状材料中产生了连续的相互穿透分子尺度共价域和离子域的网络 。令人震惊的是，这种材料结合了矛盾的机械性能。例如，它既显示了硬度（在负载下对表面变形的抵抗力），又显示了弹性，即在负载下通过弹性变形吸收能量的倾向，并在负载移除时释放该能量。它还显示了强度，即承受应变而不失效或永久变形的能力。此外，网络中的离子和共价键的可逆结合行为使该材料具有类似塑料的可塑性，同时保持其热稳定性。以这种方式将类似于陶瓷、橡胶和塑料的特性结合在一起的材料并不属于目前的任何材料分类；因此作者将其命名为弹性陶瓷塑料。相关成果以“Organic–inorganic covalent–ionic molecules for elastic ceramic plastic”为题发表在最新一期《Nature》上。第一作者为Weifeng Fang 。

中国科大俞书宏院士团队发现河蚌铰链的耐疲劳秘密

中国科学技术大学俞书宏院士团队和吴恒安教授团队成功揭示了双壳纲褶纹冠蚌铰链内的可变形生物矿物硬组织的耐疲劳机制，提出了一种多尺度结构设计与成分固有特性相结合的耐疲劳设计新策略，为未来耐疲劳结构材料的合理创制发展提供了新的见解。研究成果以“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalve Cristaria plicata”为题，于6月23日发表在国际顶尖学术期刊《Science》上。

违反直觉！博士生一作发Science，弱键也能增强聚合物！

杜克大学Stephen L. Craig教授、Michael Rubinstein教授和Jeremiah A. Johnson教授报告了基于环丁烷基机械载体交联剂突破了力触发的裂环，导致聚合物网络的强度是传统类似物的九倍。这种反应归因于长而强的主聚合物链和交联剂裂解力的结合。增强的韧性没有与非共价交联相关的滞后现象，而且在两种不同的丙烯酸酯弹性体中，在疲劳和恒定位移速率张力中，以及在凝胶和弹性体中都观察到了这种韧性。相关成果以“Facile mechanochemical cycloreversion of polymer cross-linkers enhances tear resistance”为题发表在Science上，第一作者为中国学者Shu Wang（现已加入赵选贺课题组，从事博士后研究）。

7月

三位作者，发了一篇Science，观察“水凝胶”断裂！

耶路撒冷希伯来大学Jay Fineberg采用脆性聚丙烯酰胺凝胶材料，通过实验证明了超过剪切波速cR的“超剪切”拉伸裂纹的存在。超剪切裂纹平稳地加速超过c R，并达到接近膨胀波速的速度。超剪切动力学的原理不同于传统“经典”裂纹的原理；该断裂模式是在临界（材料相关）施加应变下被激发的。这种全新的拉伸断裂模式颠覆了对人们之前对断裂过程的理解。该工作以题为“Tensile cracks can shatter classical speed limits”的论文发表在最新一期《 Science》上。

8月

铁电聚合物可以实现弹性恢复了！

2023年8月3日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所李润伟教授与胡本林教授通过塑性铁电聚合物的轻微交联将铁电响应和弹性恢复力结合到一种材料中，从而开发出本征弹性铁电体。精确的轻微交联可以实现结晶度和弹性之间的复杂平衡。因此，研究人员获得了在高达70%应变的机械变形下具有稳定铁电响应的弹性铁电体 。这种弹性铁电体在与可穿戴电子产品相关的应用中有着巨大的潜力 ，例如弹性铁电传感器、信息存储和能量转换。相关研究成果以题为“Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight cross-linking”发表在《Science》上。

芝加哥大学王思泓Science：像胶带一样方便，有生物粘性的聚合物半导体薄膜，实现实时身体数据监测!

2023年8月10日，来自芝加哥大学的王思泓教授及其团队设计研发了一种有生物粘性的聚合物半导体（BASC）薄膜，该薄膜可以在较小的压力下快速且牢固地与生物组织进行粘附，同时提供高电荷载流子迁移率。除此之外，该薄膜还具有高拉伸性和良好的生物相容性。相关研究成果以“Bioadhesive polymer semiconductors and transistors for intimate biointerfaces”为题目发表在权威期刊Science上。第一作者为Li Nan。

废塑料变肥皂，可行！

2023年8月10日，弗吉尼亚理工大学刘国良教授课题组将PE和聚丙烯(PP)转化为脂肪酸的新方法，转化率约为80%，数均摩尔质量分别高达约700道尔顿和670道尔顿。该工艺适用于城市PE和PP废物及其混合物。温度梯度热解是可控地将PE和PP降解为蜡并抑制小分子产生的关键。通过硬脂酸锰的氧化和后续加工，蜡被升级为脂肪酸。与PE断裂相比，PP断裂产生更多的烯烃蜡并产生更高酸值的脂肪酸。研究人员进一步将脂肪酸转化为高价值、大市场容量的表面活性剂。工业规模的技术经济分析表明无需补贴即可实现经济可行性。本文第一作者为Zhen Xu和Nuwayo Eric Munyaneza。

聚烯烃热解回收变醇、醛！

2023年8月10日，美国威斯康星大学麦迪逊分校George W. Huber教授课题组证明了热解油可以利用烯烃的功能性，通过加氢甲酰化生产醛。然后，这些醛可以还原成一元醇和二元醇，氧化成一元羧酸和二元羧酸，或通过均相催化和异相催化胺化成一元胺和二元胺。这条路线可以从低价值的消费后回收聚乙烯中生产出高附加值的含氧化学品。作者预计，与使用石油原料生产的化学品相比，该工艺生产的化学品可减少约 60% 的温室气体排放。相关成果以“Hydroformylation of pyrolysis oils to aldehydes and alcohols from polyolefin waste”为题发表在《Science》上，中国学者Houqian Li为第一作者。

“90后”青年学者一作兼通讯Nature：灵感来源于电鳗，新型“水凝胶液滴电池”问世！

2023年8月30日，牛津大学Hagan Bayley教授、ZhouLinna博士和ZhangYujia博士（一作兼通讯），受电鳗发电启发，开发了一种微型“液滴水凝胶电池”，通过水凝胶液滴之间的离子梯度来产生能量，可用于为集成到人体组织中的微型设备供电，相关论文 以“A microscale soft ionic power source modulates neuronal network activity” 为题，发表在Nature杂志。值得一提的是，Zhang Yujia博士2016年本科毕业于中国科学技术大学，是一位“90”后青年学者。

Science：破解难题！避免生成环状低聚物

2023年8月31日，法国图卢兹大学Tsuyoshi Kato教授课题组报道：简单的醇与阴离子链端的配位可以防止反咬过程，并且精心设计的鏻阳离子充当自猝灭系统，响应配位醇的损失，从而在反咬过程开始之前停止反应。两种效应的结合使得八元硅氧烷环D4的热力学控制ROP不会产生不需要的环状低聚硅氧烷。相关研究成果以题为“Ring-opening polymerization of cyclic oligosiloxanes without producing cyclic oligomers”发表在最新一期《Science》上。博士后ShiLimiao为本文一作，值得一提的是，他硕士毕业于安徽工业大学，师从张千峰教授，博士毕业于雷恩第一大学。

9月

“分子卡车”问世！

2023年9月6日，来自奥地利格拉茨大学的Leonhard Grill教授团队提出了一种新的单芳香运动的小分子马达，通过将本身没有动力功能的分子与未修饰的表面结合，形成“吸附质马达”，在直线上单向移动。因此，它的化学结构相当简单，避免了复杂的合成过程，同时展示了高效分子马达如何在没有任何液体的均匀金属表面上以更小的长度尺度运行。该工作以题为“Adsorbate motors for unidirectional translation and transport”发表在《Nature》上。

浙大谢涛/赵骞Nature：水凝胶“变形金刚”

刺激响应形变聚合物在软机器人、医疗设备、航空航天结构和柔性电子等新兴应用领域展现出独特的前景。它们的外部触发变形行为为许多设备应用提供了不可或缺的按需可控性。但具有讽刺意味的是，在植入式医疗设备等要求苛刻的应用中，实现外部触发（例如加热或光）在实际应用中已经成为最大的挑战。某些形变聚合物依赖自然存在的刺激（例如植入式设备中的人体温度）作为触发器。虽然它们不需要外部刺激，但也失去了主动控制恢复行为的能力。自然触发但可主动控制的形变行为具有很大吸引力，然而这两个属性之间存在相互冲突。

2023年9月13日，浙江大学谢涛教授和赵骞教授通过一种四维可打印形状记忆水凝胶实现了这一目标。这种水凝胶通过相分离发挥作用，其形状变换动力学由内部质量扩散主导，而不是由普通形状记忆聚合物的热传输主导。这种水凝胶可在自然环境温度下进行形状转换，关键是有一个恢复开始延迟。在器件编程过程中，可通过改变相分离的程度对这一延迟进行编程，这为形状变换控制提供了一种独特的机制。这种自然触发形状记忆聚合物具有可调的恢复起始时间，大大降低了设备的实施门槛。相关成果以“Shape memory polymer with programmable recovery onset”为题发表在《Nature》上，第一作者为倪楚君博士与陈狄博士。

Nature：史上最强粘合剂！

2023年9月13日，美国普渡大学 Jonathan J. Wilker课题组在Nature上发文，提出了一种原材料可持续的粘合剂，主要由环氧化大豆油、苹果酸和单宁酸制成，其性能可与目前的工业产品相媲美。从使用吹风机5min到在180℃烤箱中烘烤24小时，粘结缝可以在各种条件下固化，金属基材之间的粘合力可达到约18 MPa，在最好的情况下其性能超过了传统的环氧树脂，是现今最强的粘合剂。其所有成分都来源于生物质系统，成本低，且适用于大规模应用。

偶氮苯光异构化，可见光也行！

2023年9月21日，以色列魏茨曼科学研究所Julius Gemen，Igor Schapiro，Rafal Klajn等在Science上发文，提出基于限域敏化失衡(DESC)，采用超分子方法引入不平衡，通过使用所需颜色（包括红色）的光，以诱导偶氮苯从稳定的E异构体到亚稳Z态的光异构化。限域敏化失衡DESC依赖于大环主体和光敏剂的组合及其共同作用，以选择性地结合并敏化E-偶氮苯，以进行异构化。Z异构体缺乏对宿主的强亲和力，并从宿主中排出，然后宿主可以将额外的E-偶氮苯转化为Z态。通过这种方式，主体-光敏剂复合物，将光子能量转化为非平衡光稳态形式的化学能，包括无法通过直接光激发获得的化学能。

聚乙烯，登上Science！

功能性聚乙烯具有宝贵的体积和表面性质，但目前合成方法的局限性缩小了可获得材料的范围，阻碍了许多可预见的应用。取而代之的是，这些材料经常用于难以回收的复合膜。2023年9月28日，加州大学伯克利分校John F. Hartwig报道了一种铜催化的聚乙烯胺化反应，形成了含有一系列极性基团和取代基的单功能和双功能材料。设计的具有疏水基团的催化剂可以使线型和支化的聚乙烯胺化，而不会发生断链或交联，从而导致聚乙烯具有否则无法获得的官能团和结构的组合。合成的材料具有可调的体积和表面性能，包括韧性、与金属的粘附性、涂装性和水溶性，这可以打开功能性聚乙烯的应用，减少对复杂复合材料的需求。相关论文以“Diverse functional polyethylenes by catalytic amination”为题，发表在Science。

10月

哈尔滨工业大学邵路教授团队Science！90后副教授一作！

2023年10月12日，哈尔滨工业大学邵路教授团队报告了一种冰限制界面聚合（IC-IP）策略，能够有效控制界面反应的动力学和含有单体的六方多型（Ih）冰相的热力学操纵，从而合理合成用于纳滤的三维准层状 PA 膜。实验和分子模拟证实了潜在的膜形成机制。该冰封PA纳滤膜具有高密度电离结构和特殊的传输通道，实现卓越的透水性和优异的离子选择性。相关研究成果以题为“Ice-confined synthesis of highly ionized 3D-quasilayered polyamide nanofiltration membranes”发表在最新一期《Science》上。本文第一作者为哈尔滨工业大学张艳秋副教授。值得一提的是，张艳秋副教授完全为本土培养，近些年已经连发PNAS与Science子刊。

化学可回收类聚烯烃多嵌段聚合物

2023年10月19日，科罗拉多州立大学Garret M. Miyake教授课题组报告了一种方法，即通过钌介导的环辛烯开环复分解合成合成软、硬齐聚物构建模块，构建多嵌段聚合物，从而制造出具有机械性能可调的可化学循环聚烯烃类材料。这种多嵌段聚合物具有广泛的机械性能，从弹性体到塑性体再到热塑性塑料，同时具有较高的熔融转变温度（T m）和较低的玻璃化转变温度（T g），因此适用于各种不同的应用领域。使用后，不同的塑料可以组合在一起，并有效地解构回基本的软硬结构单元，进行分离和再聚合，从而实现闭环回收过程。相关成果以“Chemically recyclable polyolefin-like multiblock polymers”为题发表在《Science》上。第一作者为中国学者赵宇澄博士，Emma M. Rettner为共同一作。

11月

可注射的水凝胶，帮助受损的肌肉/神经再生

2023年11月1日，韩国成均馆大学的Mikyung Shin教授以及基础科学研究所Donghee Son教授将目光转向了一种广泛应用的皱纹除皱填充材料——透明质酸。利用这种物质，研究人员研发了一种可注射的“组织仿生水凝胶”，该水凝胶可以在肌肉和神经组织再生的同时，临时填充缺失的肌肉和神经组织空隙。相对于传统的生物电子装置，这种材料的可注射性带来了显著的优势，因为传统的生物电子装置不适合用于狭窄、深层或小面积区域，并且通常需要侵入性手术。由于其高度类似生物组织的特性，这种水凝胶能够与生物组织无缝接触，无需手术干预即可轻松应用于难以触及的身体部位。相关成果以“Injectable tissue prosthesis for instantaneous closed-loop rehabilitation”为题发表在《Nature》上，第一作者为Subin Jin，Heewon Choi为共同一作。

理化所/国科大联合清华、首医Science：双相异质凝胶材料及其多元离子信号可控传输

2023年11月2日，在生物系统中，复杂的神经网络具有高度极化的突触门控界面，在受到神经动作电位的刺激时可处理和传输复杂的生物信号。受这种神经界面门控结构的启发，中国科学院理化技术研究所/中国科学院大学江雷院士团队的闻利平研究员和赵紫光副教授联合清华大学徐志平教授以及首都医科大学刘慧荣教授发展了一种具有级联异质界面的双相凝胶离电器件（Cascade-heterogated Biphasic-gel Iontronics，HBG），实现了从电子到多种离子信号的转换和传输（Fig.1）。

纳米复合材料，登上Nature!

2023年11月8日，加州大学伯克利分校徐婷教授团队转向熵驱动组装，以获得设计灵活性，并对纳米材料的生长进行编程，使目标特征尺寸与加工过程中系统的流动性相匹配。他们在由嵌段共聚物超分子、小分子和纳米粒子组成的三元复合混合物中采用先微米后纳米的生长顺序，成功地制造出了由 200 多片叠层纳米片（片厚 125 nm）组成的高性能阻隔材料，其缺陷密度小于 0.056 µm-2，缺陷类型控制效率约为 98%。与通常的看法不同，聚合物链缠结在实现长程有序、加速制造过程（<30 分钟）以及满足推进多层薄膜技术的特定要求方面具有优势。这项研究展示了通过自组装系统工程将实验室纳米科学转化为纳米技术的可行性、必要性和无限机遇。相关研究成果以题为“Functional composites by programming entropy-driven nanosheet growth”发表在最新一期《Nature》上。值得一提的是，这是自2020年以来，徐婷教授课题组发表的第4篇Nature了。

3D打印，最新Nature！

2023年11月15日，苏黎世联邦理工学院Robert Katzschmann和美国Inkbit公司Wojciech Matusik合作，创造了一种名为“vision-controlled jetting”（视觉控制喷射）的喷墨沉积工艺，能够使用扫描系统捕捉三维打印几何结构，并启用数字反馈回路，从而实现复杂系统和机器人的制造。该方法消除了对机械平整器的需求，并采用了无接触的工艺，允许使用持续固化的化学物质，从而扩展了可用材料的范围。通过该工艺，直接制造了一系列复杂高分辨率的复合系统和机器人，包括腱驱动手、气动致动行走机械手、模拟心脏的泵和超材料结构等。这些系统和机器人展示了该工艺的可行性，并显示出其制造具有高分辨率、功能性和多材料特性的系统的潜力。该研究成果以“Vision-controlled jetting for composite systems and robots”为题，发表在Nature期刊上。第一作者是苏黎世联邦理工学院的Thomas Buchner。

同济大学，重磅Nature，突破化学理论极限！

2023年11月30日，同济大学许维教授课题组报告了两种新碳分子形式的合成和表征。这些发现为备受争议的全碳环（称为环碳）的性质和结构提供了新的线索。相关研究成果以题为“On-surface synthesis of aromatic cyclo[10]carbon and cyclo[14]carbon”发表在最新一期《Nature》上。同期Nature以“Carbon rings push limits of chemical theories”为题，作为研究亮点报道，认为 合成的新型全碳分子，突破了化学理论的极限。

12月颠覆传统！3D打印不用光，不用热，用声波！

2023年12月7日，哈佛大学医学院 Y. Shrike Zhang (张宇)和杜克大学生物医学工程系副教授Junjie Yao开发出了一种新的打印方法，称为深穿透声学体积打印（DVAP），可以解决这些问题。这项新技术采用了一种能对声波而非光线产生反应的特殊墨水，使他们能够在前所未有的组织深度上创造出具有生物医学用途的结构。 详细而言，研究人员报告了一种用于DAVP的自增强声学墨水（或声学墨水）设计和相应的聚焦超声书写技术。他们利用实验和声学建模研究了与频率和扫描速率有关的声学打印行为。DAVP实现了低声流、快速声热聚合和大打印深度的主要特点，从而能够打印出各种形状的体积水凝胶和纳米复合材料，而不受其光学特性的影响。DAVP还能在生物组织中打印厘米深度，为微创医学铺平道路。相关研究成果以题为“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”发表在最新一期《Science》上，第一作者为Xiao Kuang、Qiangzhou Rong。

秒级，遇水超收缩，类蛛丝聚合物实现生物接口标准化！

2023年12月13日，来自南京医科大学胡本慧团队与新加坡南洋理工大学陈晓东团队等合作，提出了一种超收缩聚合物主动包裹组织，快速原位形成生物接口的策略。该研究突破了现有生物材料的局限，发展了一种新的驱动薄膜迅速收缩的方式：水分子驱动。不同于聚焦超声、热、光等驱动方式，水驱动不仅生物安全，且可以充分利用体内组织液原位快速形成稳固生物接口。并且接口在收缩成型后依然保持与体内组织相近的低模量（～100 kPa）和高可拉伸率（～600%），显著简化了手术植入操作，因此可以在内窥镜下通过微创手术完成植入。该研究成果以Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces为题发表在Nature期刊上，文章第一作者是易俊琦博士。

创纪录，这种橡胶，抗疲劳性能提升10倍！

2023年12月13日，美国哈佛大学锁志刚教授与Yakov Kutsovsky教授通过多尺度应力分散来放大颗粒增强橡胶的疲劳阈值。他们合成了一种橡胶，其中高度缠结的长聚合物与刚性颗粒牢固粘合。在裂纹尖端，应力在两个长度尺度上分散：首先通过聚合物，然后通过颗粒。这种橡胶的疲劳阈值约为1000 J m−2，提高了10倍。由这种橡胶制成的安装座和夹具可承受高负载，并能在重复操作中防止裂纹扩展。多尺度应力分散扩大了材料性能的空间，为减少聚合物污染和构建高性能软机器打开了大门。相关研究成果以题为“Multiscale stress deconcentrate ion amplifies fatigue resistance of rubber”发表在最新一期《Nature》上。值得一提的是，锁志刚教授在最新一轮院士评选中，被评为中国科学院外籍院士，成为集中国科学院（2023）、美国国家工程院（2008）和美国国家科学院（2019）三院院士。

仿北极熊毛，发了一篇Science!

2023年12月21日，浙江大学柏浩教授、高微微副教授模仿北极熊毛发的核壳结构，在气凝胶纤维中封装了一层可拉伸层，从而克服了这些问题。尽管气凝胶纤维的内部孔隙率高达90%以上，但其拉伸应变却显著提高到1000%。这相较于传统气凝胶纤维的2%应变，表示了很大的改进。此纤维不仅耐洗、耐染，而且具备强大的机械强度，在经历1万次拉伸循环（100%应变）后，依然能够保持稳定的隔热性能。用这种纤维编织的毛衣仅为羽绒的五分之一厚，但性能却相当。作者采取的这种多功能气凝胶纤维的策略为发展纺织品提供了广泛的可能性。相关成果以“Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile”为题发表在《Science》上，第一作者为吴明瑞。

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！