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宁波材料所在纳米限域结晶构筑高性能呋喃聚酯方面取得进展

来源：高分子与复合材料实验室丁纪恒2025/7/29 8:45:0219423

导读

中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队创新地提出“纳米限域结晶”策略构筑高性能仿生伪矿化聚酯材料。

　　在全球能源危机与环境污染治理的双重挑战下，开发可再生的生物基材料是替代传统塑料、推动可持续发展的关键路径。作为最具潜力的生物基平台化合物之一，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)基聚酯却长期受困于强度-韧性-阻隔性的“性能三角”权衡难题——高强材料脆如玻璃，高韧材料强度不足，其综合性能难以匹敌石油基工程塑料。

　　基于此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队在前期聚酯复合材料空间限域组装(Adv. Funct. Mater. 2025, 2421006；Chem. Eng. J. 2025, 519, 165390; Green Chem. 2025, 27, 743；Chem. Eng. J. 2023, 417, 144377)、分子-界面协同强化(Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2308631；Small 2024, 20, 2406958；Mater. Today Nano 2024, 25, 100463；Giant, 2024, 18, 100264)、原位催化-复合一体化(Nano-Micro Lett. 2025, 17, 161; Nanoscale 2023, 15, 8870)等研究基础上，创新地提出“纳米限域结晶”策略构筑高性能仿生伪矿化聚酯材料。

　　研究团队通过设计并原位合成的二氧化钛纳米颗粒(TiO2NPs成核位点)接枝超大长径比氮化硼纳米片(BNNSs，长径比>2600)作为层状模板，诱导聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)在二维纳米空间内进行原位受限结晶和取向生长，形成有序“砖-泥”多尺度杂化结构聚酯复合材料(PMP)。

　　PMP材料拉伸强度高达92MPa、模量达3.1GPa，同时保持高于173%的断裂伸长率，氧气阻隔性提升5倍，并具备优异的紫外线屏蔽能力。“纳米限域结晶”策略成功解决了生物基呋喃聚酯“强-韧-阻”难以兼得的关键共性科学难题，为生物基塑料替代高性能石油基工程塑料提供了创新范式。

　　该成果以“Overcoming Strength-Toughness Tradeoff of Furandicarboxylic Acid-Based Polyester via Nanoconfined Crystallization”为题发表于ACS Nano。宁波材料所丁纪恒博士为第一作者，王静刚教授级高工和路伟研究员为通讯作者。该研究获国家自然科学基金(52473104)、国家重点研发计划(2022YFC2104500)、浙江省自然科学基金(Y24B040002)、宁波市重点研发项目(2024Z071)、中国博士后科学基金(2023M733601)和宁波市自然科学基金(2023J409)等的资助。

基于“纳米限域结晶”构筑的高性能仿生聚酯

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