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　　该材料具有较高的透明度，透光率大于 85%，并具有高达 5H 的硬度、以及优异的柔韧性，解决了此前材料难以兼顾高硬度和高柔韧性的问题。

　　研究中，他们设计出一种名为“分步杂化”的新方法：即首先利用溶胶-凝胶化学法，制备出一种刚性纳米构筑单元，再将它和柔性构筑单元进行后交联，借此造出了玻璃状高分子材料。

　　这种方法的好处在于：能以更精确、更便捷的方式，针对构筑单元的结构、有机-无机组分的比例、以及交联形式进行调控。

　　这样一来，就能让有机相和无机相在纳米尺度甚至在分子尺度，实现杂化、以及相内高效聚合和相间高效聚合，从而解决材料高硬度和高柔韧性难以兼顾的问题。

　　同时，这种制备策略还能兼顾材料的耐磨性、可回收性和多功能性，这让本次玻璃状高分子材料拥有出色的自清洁性能、易除冰性能和抗液体粘附性能。

　　其一，该材料能应用于柔性显示设备。这类设备由于拥有柔性硬质特性，故能承受器件的频繁弯折，同时还能提高器件的耐磨性。

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　　其二，该材料能应用于建筑窗户。相比普通的玻璃窗户，它能实现自清洁和易除冰等功能。

　　其三，该材料能应用于输油管道，这种输油管道具有较好的防油粘附性，故能减小油运输中的阻力，同时减少管道内的残留。

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　　据了解，当前海洋工业、航空航天行业和柔性电子行业的应用需求正在与日俱增。因此，如何制备兼具高硬度和高柔韧性的材料，受到学界和业界的广泛关注。

　　在大多数情况之下，“柔”和“硬”往往被认为是互斥的两个性质。对于单一的无机材料和有机聚合物材料而言，高柔性和高硬度往往“鱼与熊掌不可兼得”。

　　无机材料，大多呈现出硬而脆的特性。聚合物材料，则具备柔而韧的特性，但其硬度和耐磨性存在较大的不足。

　　由此可见，如果无法在材料中同时实现“类聚合物”的柔韧性和“类陶瓷”的硬度，就很难打造出一种“聚合物陶瓷”材料。

　　而假如可以按需赋予“聚合物陶瓷”材料以高透明、可回收、防液体粘附、抗生物污损等功能，则能进一步扩大其在海洋装备、柔性显示设备、可穿戴设备等领域的应用范围 [1]。

　　对于船用螺旋桨的防护涂层材料来说，它需要具有较高的强度以便能够抵御外界的冲刷和磨损，还需要具备较高的柔韧性以便能够缓冲冲击能量，更需要具备优异的抗生物污损能力。

　　对于可折叠的电子器件、以及柔性显示设备的面板材料来说，它需要具备较高的耐磨性和柔韧性以便能够适应频繁的弯曲和磨损，还需要具备优异的光学透过性和防液体粘附功能。

　　而具有可回收性的“聚合物陶瓷”材料，能够更好地延长材料的使用寿命，非常符合可持续性发展的目标。

　　正因此，开发功能性的“聚合物陶瓷”材料，已经成为国内外材料领域的研究热点。针对这一需求，该团队开展了一系列研究。

　　大自然总能给科学家带来无穷的灵感，该课题组的研究也不例外。在自然界之中，能够同时兼顾高硬度和高柔韧性的材料有很多。

　　比如，人类的皮质骨由骨胶原分子和微小的羟基磷灰石矿物晶体组装而来，故能形成多层次的结构。

　　比如，人类的纤维蛋白是一种凝血因子，在纳米尺度上通过纤维蛋白的滑动就能实现内增韧，从而能够通过毫米级别的裂纹桥接和偏转实现外增韧，因此纤维蛋白是一种重量轻、适应性强、并且极其坚韧的多功能材料。

　　比如，珍珠既是一种饰品也是一种高性能材料。珍珠层拥有“砖泥”一般的结构，该结构中的无机碳酸钙让珍珠得以拥有较高的强度。

　　而在珍珠的脆性矿物之中，存在一些有机的生物聚合物，它们能够充当润滑剂的作用，从而缓解局部的高应力，进而能为珍珠提供较好的柔韧性。

　　通过研究上述材料，该团队得到了如下启发：将拥有高硬度的无机物、与拥有高柔韧性的有机物，在分子层面上加以结合，可能是制备兼具高硬度和高柔韧性材料的潜在策略。

　　他们还发现：对于溶胶-凝胶化学制备法来说，虽然它是制备高性能有机-无机杂化材料的一种经典方法，但是并非所有有机-无机杂化材料都能兼具“类陶瓷”的硬度和“类聚合物”的柔韧性。

　　尽管通过引入有机相，可以增加无机材料的柔韧性，然而往往会因为有机相的不均匀分布、或是交联度的降低，导致材料硬度出现急剧下降。

　　为此，他们研发出了“分步杂化”的方法，其能针对构筑单元的结构、有机-无机组分的比例、以及交联形式实现更精确、更便捷的调控。

　　利用这一方法，课题组先后造出了低聚硅氧烷纳米团簇、两性离子基锆-硅团簇、以及超支化聚硅氧烷等材料。

　　并通过不同的后固化方式，造出了“聚合物陶瓷”涂层材料。这些涂层材料具备刚柔并济的特点，集高强韧、高耐磨、高透明、强附着、防粘附等功能于一体 [2，3]。

　　进一步地他们开始设想：能否像制备玻璃那样，把“聚合物陶瓷”做成块体材料？而非仅仅局限于做成涂层材料？

　　于是，该团队通过结合模块化构筑、自增强纳米团簇、以及表面自富集等设计策略，制造出了本次玻璃状高分子材料。

　　制备时，他们先是利用溶胶-凝胶化学法，制备出一种巯基功能化的笼型聚倍半硅氧烷。

　　再将它和端异氰酸酯的聚氨酯、以及端异氰酸酯的功能性聚二甲基硅氧烷进行后固化。

　　对于巯基功能化的笼型聚倍半硅氧烷来说，它可以充当一种可逆性的自增强交联基元。

　　具体来说，巯基功能化的笼型聚倍半硅氧烷的表面有着丰富的巯基，因此能和异氰酸酯发生反应，从而形成动态的硫代氨基甲酸酯键。

　　这时，通过调控端异氰酸酯的聚氨酯中的氢键相互作用，就能让材料硬度和材料柔韧性之间的关系得到平衡。

　　同时，得益于动态共价键与强氢键之间的协同作用，这种材料还具有优异的耐水性，并能通过热压方式和溶剂溶解方式进行回收。

　　此外，基于模块化构筑和表面自富集的策略，就能通过引入功能模块，比如通过引入低表面能聚二甲基硅氧烷，来赋予材料以自清洁、抗液体粘附、易除冰功能，同时还能让材料保持优异的力学性能和可回收性。

　　事实上，让玻璃状高分子材料拥有可回收性并非易事，其难度堪比“破镜重圆”。

　　研究中，在刚性自增强构筑模块结构的筛选上，该团队曾尝试过支化结构、梯形结构和笼型结构等。

　　其还针对后固化方式加以探究，历经多次方案调整、甚至把体系推倒重来，终于赋予玻璃状高分子材料以可回收的特性。

　　最终，让该材料得以集可回收、高强韧、高耐磨、高透明、自清洁、以及防粘附等多功能于一体，并能在建筑窗、海洋工业、柔性电子设备等领域实现重要应用。

　　另据悉，基于本次的模块化构筑策略，他们计划引入其他的功能模块，以便满足材料在不同场景的应用。

　　比如，其将引入具有抗生物污损的功能模块，来满足海洋装备的防污需求。也将引入具有抗垢的功能模块，以便满足海水管道的抗结垢需求。