【儀表網 研發快訊】在全球能源危機與環境污染治理的雙重挑戰下，開發可再生的生物基材料是替代傳統塑料、推動可持續發展的關鍵路徑。作為最具潛力的生物基平臺化合物之一，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)基聚酯卻長期受困于強度-韌性-阻隔性的“性能三角”權衡難題——高強材料脆如玻璃，高韌材料強度不足，其綜合性能難以匹敵石油基工程塑料。
基于此，中國科學院寧波材料技術與工程研究所生物基高分子材料團隊在前期聚酯復合材料空間限域組裝(Adv. Funct. Mater. 2025, 2421006；Chem. Eng. J. 2025, 519, 165390; Green Chem. 2025, 27, 743；Chem. Eng. J. 2023, 417, 144377)、分子-界面協同強化(Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2308631；Small 2024, 20, 2406958；Mater. Today Nano 2024, 25, 100463；Giant, 2024, 18, 100264)、原位催化-復合一體化(Nano-Micro Lett. 2025, 17, 161; Nanoscale 2023, 15, 8870)等研究基礎上，創新地提出“納米限域結晶”策略構筑高性能仿生偽礦化聚酯材料。
研究團隊通過設計并原位合成的二氧化鈦納米顆粒(TiO2NPs成核位點)接枝超大長徑比氮化硼納米片(BNNSs，長徑比>2600)作為層狀模板，誘導聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)在二維納米空間內進行原位受限結晶和取向生長，形成有序“磚-泥”多尺度雜化結構聚酯復合材料(PMP)。
PMP材料拉伸強度高達92MPa、模量達3.1GPa，同時保持高于173%的斷裂伸長率，氧氣阻隔性提升5倍，并具備優異的紫外線屏蔽能力。“納米限域結晶”策略成功解決了生物基呋喃聚酯“強-韌-阻”難以兼得的關鍵共性科學難題，為生物基塑料替代高性能石油基工程塑料提供了創新范式。
該成果以“Overcoming Strength-Toughness Tradeoff of Furandicarboxylic Acid-Based Polyester via Nanoconfined Crystallization”為題發表于ACS Nano。寧波材料所丁紀恒博士為第一作者，王靜剛教授級高工和路偉研究員為通訊作者。該研究獲國家自然科學基金(52473104)、國家重點研發計劃(2022YFC2104500)、浙江省自然科學基金(Y24B040002)、寧波市重點研發項目(2024Z071)、中國博士后科學基金(2023M733601)和寧波市自然科學基金(2023J409)等的資助。
基于“納米限域結晶”構筑的高性能仿生聚酯
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