固有的透明性使環(huán)氧樹(shù)脂成為光電器件、智能窗戶(hù)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(shù)脂的透明性。基于此，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(shù)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(shù)脂（圖1）。
圖1. 超支化硼/磷聚合物及其環(huán)氧樹(shù)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(jiàn)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(guò)共價(jià)交聯(lián)反應(yīng)引入樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)中，不僅能夠降低樹(shù)脂體系的孔隙缺陷，且呈現(xiàn)納米尺度（<300 nm，小于可見(jiàn)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(shù)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(jiàn)光吸收，最終實(shí)現(xiàn)材料無(wú)色高透明。因此，EP2的無(wú)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(shù)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(guò)率，紫外-可見(jiàn)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(shù)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(shù)脂相比，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的超支化環(huán)氧樹(shù)脂體系能夠有效克服現(xiàn)有改性策略的缺陷，在提升樹(shù)脂機(jī)械性能和阻燃性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)其無(wú)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(shù)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(guó)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
