固有的透明性使環(huán)氧樹脂成為光電器件、智能窗戶等領(lǐng)域的理想材料，但高脆性和易燃性限制其實(shí)際應(yīng)用，F(xiàn)有策略雖能提升其韌性或阻燃性能，但仍存在材料性能“顧此失彼”的現(xiàn)象，特別是，阻燃劑的引入通常會(huì)降低樹脂的透明性；诖耍西北工業(yè)大學(xué)顏紅俠教授團(tuán)隊(duì)提出利用超支化硼/磷聚合物調(diào)控環(huán)氧樹脂的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其電子特性，以實(shí)現(xiàn)集高強(qiáng)、高韌、阻燃抑煙于一體的高透明環(huán)氧樹脂（圖1）。
圖1. 超支化硼/磷聚合物及其環(huán)氧樹脂合成示意圖
材料的透明性主要受內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷（如界面、孔隙）引起的光散射和可見光范圍的光吸收引起的材料顏色變化兩方面影響。一方面，所設(shè)計(jì)的超支化組分通過共價(jià)交聯(lián)反應(yīng)引入樹脂網(wǎng)絡(luò)中，不僅能夠降低樹脂體系的孔隙缺陷，且呈現(xiàn)納米尺度（<300 nm，小于可見光波長(zhǎng)）的均勻相分離，有助于降低光散射（圖2a-e）。另一方面，利用缺電子硼原子和相對(duì)富電子磷原子調(diào)控樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的靜電勢(shì)分布，以增加HOMO-LUMO能級(jí)差，抑制可見光吸收，最終實(shí)現(xiàn)材料無色高透明。因此，EP2的無色高透明主要得益于超支化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其磷硼電子富缺性對(duì)樹脂聚合物網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)控作用。
圖2. a-c) EP、EP1和EP2的自由體積分布（其中藍(lán)色區(qū)域?qū)?yīng)占據(jù)體積，灰色和紅色區(qū)域代表自由體積）；d-e) EP1和EP2超薄切片的TEM圖及其元素分布；f-i) EP、EP1和EP2的理論自由體積，透過率，紫外-可見光吸收，日光和紫外燈下的數(shù)碼照片。
此外，具有B-O和P-O雙重動(dòng)態(tài)鍵的超支化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅能夠與樹脂基體互穿互鎖，提升材料的機(jī)械強(qiáng)度，還能在外力作用下進(jìn)行多重能量耗散，有效提高材料韌性。同時(shí)，硼、磷元素發(fā)揮氣相-凝聚相協(xié)同阻燃機(jī)制，賦予材料優(yōu)異的阻燃抑煙性。與已報(bào)道的先進(jìn)透明環(huán)氧樹脂相比，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的超支化環(huán)氧樹脂體系能夠有效克服現(xiàn)有改性策略的缺陷，在提升樹脂機(jī)械性能和阻燃性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)其無色高透明（圖3h）。
圖3. EP、EP1和EP2的力學(xué)性能、阻燃性能及與已報(bào)道環(huán)氧樹脂綜合性能對(duì)比
以上研究成果以“Hyperbranched Polyborophosphate towards Transparent Epoxy Resin with Ultrahigh Toughness and Fire Safety”為題發(fā)表在《Small》上。西北工業(yè)大學(xué)劉銳博士為論文第一作者；通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)顏紅俠教授。該研究受到國家自然科學(xué)基金（22175143）以及西北工業(yè)大學(xué)博士生創(chuàng)新基金重點(diǎn)項(xiàng)目（CX2024026）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202502839
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