《功能材料》编委陈明清教授团队在《Materials Horizons》发表智能冲击硬化共聚物研究成果

作者:admin发布时间:2026-06-24浏览量:11



本刊编委、江南大学陈明清教授团队在智能冲击硬化材料领域取得重大突破,研究成果以"A simple copolymer with integrated high impact-stiffening, broadband damping, and active perception for advanced protection" 为题,发表于材料科学领域顶级期刊《Materials Horizons》(2026年6月9日在线发表)。论文第一作者为该院博士生崔建兵,通讯作者为陈明清教授和施冬健教授。



一、研究背景


现代防护装备面临一个长期未解的核心矛盾:静态柔韧性与动态刚性不可兼得。传统防护材料要么在常态下保持柔软舒适,但受到高速冲击时迅速硬化以吸收能量(如剪切增稠液STF);要么依靠粘弹性阻尼耗散冲击能量,但有效工作频段极窄(通常<100 Hz),且缺乏对外界刺激的感知能力。


在实际应用场景中,防护对象所面对的冲击频率跨度极大——从人体运动的低频振动(~1 Hz)到弹道冲击的高频脉冲(~kHz),单一机制的材料难以全频段覆盖。与此同时,随着智能防护需求的兴起,材料不仅需要"被动抗冲击",更需要具备"主动感知—自适应响应"的能力,这对材料的功能集成度提出了前所未有的要求。


陈明清—施冬健团队正是在这一背景下,提出了"用一种简单共聚物同时解决硬化、宽频阻尼与感知三大难题"的研究思路。



二、核心突破


团队设计并合成了一种苯乙烯—丙烯酸酯类共聚物(PS-EDEEA),通过一步光引发自由基聚合即可制备,原料廉价、工艺简单。其科学本质在于:通过精准调控非共价相互作用的热力学参数——小焓变(小|ΔH|)、大熵变(大|ΔS|)——将聚合物链段从粘弹性态向玻璃态转变的特征频率整体推向高频方向。这意味着,即便在kHz级高频冲击下,材料仍能通过粘弹性机制高效耗散能量,而非简单脆化失效。这一"频率上移"策略是实现宽频阻尼与高冲击硬化协同的关键。



三、理论与产业贡献


理论层面: 该工作建立了非共价相互作用热力学参数与动态力学响应频率窗口之间的定量关系,为"按需设计"冲击硬化—阻尼一体化材料提供了清晰的理论框架。不同于以往依赖复杂分子架构或多组分复合的路线,本工作证明:简单的共聚物通过热力学参数调控即可实现多功能集成,大幅简化了材料设计逻辑。


产业层面: 该共聚物采用一步光聚合制备,无需特殊设备或昂贵单体,具备直接放大生产的潜力。其三重功能集成特性意味着未来有望以单一材料替代"硬化层+阻尼层+传感层"的多层复合结构,显著降低防护装备的重量与制造成本。尤其在军用防护、运动护具、汽车安全等领域,该材料的"智能感知+自适应硬化"特性有望推动防护装备从被动防护向主动智能防护跨越。


本刊对陈明清教授及团队取得的突破性进展表示热烈祝贺


编委简介

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陈明清教授作为本刊编委,长期深耕功能高分子材料领域,研究方向涵盖生物可降解高分子、功能胶体与界面化学、智能响应材料等。主持国家自然科学基金等国家级及省部级项目多项,发表SCI收录论文50余篇,获授权国家发明专利12项。其团队在聚合物微结构调控与功能化方面积累深厚,近年来在智能防护材料、刺激响应性高分子等前沿方向持续产出高水平成果。





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