在材料工程领域，具有负泊松比（NPR）特性的拉胀材料因其独特的机械性能而备受关注。这类材料在拉伸时会横向膨胀，而在压缩时则横向收缩，展现出优异的能量吸收能力，尤其在减震防护和冲击吸收等应用中具有巨大潜力。然而,传统的热塑性泡沫和热固性泡沫材料在制备拉胀结构和实现回收利用方面存在诸多局限。为了突破这一瓶颈，北京化工大学胡君教授团队近期提出一种新的材料制备策略，通过在热固性聚氨酯泡沫中引入动态二硫键，成功实现材料负泊松比性能与高力学性能、可回收性的有机结合（图1）。
图1. 含动态二硫键共价适应网络的聚氨酯泡沫的合成过程及其通过单向多效压缩技术实现内部孔结构转变的示意图。在该研究中，研究团队巧妙地将动态二硫键引入到聚氨酯泡沫的交联网络中，赋予材料独特的动态可调控性。通过对泡沫材料进行130°C下的单向多效压缩处理，在外力作用下动态二硫键发生断裂和重组反应，诱导高分子链发生构象变化，使得泡沫内部的圆形开孔结构逐渐转变为具有拉胀特性的凹角孔结构，从而获得NPR性能。研究发现，动态二硫键的含量对泡沫孔结构的演变起着关键作用，适量的二硫键有利于高分子网络发生拓扑重排，而过量或过少的二硫键则会抑制孔结构的有效转变（图2）。
图2. 拉胀聚氨酯泡沫的力学性能及其内部孔结构变化。得益于其热固性网络结构，该拉胀聚氨酯泡沫表现出优异的力学性能和NPR性能（图3）。在30%的压缩应变下，泡沫的泊松比可低至-0.4，压缩强度为6.47 MPa，拉伸强度为1.67 MPa，远高于传统的热塑性泡沫。更重要的是，泡沫的NPR性能在多次变形循环后仍能保持稳定，克服了热塑性泡沫NPR效应衰减的问题，体现了材料的高耐久性。此外，受损的泡沫材料可通过高温压制工艺回收再利用，制备成力学性能优异的热固性薄膜。这一特性有效解决了传统热固性材料难以回收利用的难题，体现了材料的可持续性。
该研究工作不仅克服了传统热塑性拉胀泡沫材料力学强度低、耐久性差等不足，也突破了传统热固性泡沫难以制备NPR结构和回收利用的瓶颈，有望推动拉胀聚合物材料在减震、防护、生物医学等领域的实际应用，具有重要的科学意义和应用价值。相关研究论文以“Unlocking Auxetic Behavior in Recyclable Thermosetting Foams Enabled by Dynamic Disulfide Cross-linking Strategy”为题发表于Small期刊上。第一作者为北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心郭钟楷博士，通讯作者为胡君教授和清华大学张浩博士。该研究工作得到了北京市自然科学基金和中国博士后科学基金的资助，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202406876
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