弹性体具有优异的可逆变形能力，广泛应用于柔性器件、密封材料和可穿戴设备等领域发挥着重要作用。随着航空航天、智能制造和先进工程技术的快速发展，人们对弹性体材料的力学性能提出了更高要求。理想的高性能弹性体不仅需要具备较高的强度和模量以承受外部载荷并维持结构稳定，同时还需要保持良好的弹性恢复能力，以适应长期、反复的形变。然而，在同一种弹性体中同时实现高强度、高模量和优异弹性仍然是高分子材料领域面临的重要挑战。传统增强策略通常通过提高聚合物网络的交联密度或引入刚性结构单元来提升材料的强度和模量，但过高的交联密度会限制分子链运动，削弱网络的可逆变形能力，使材料逐渐趋向塑性并损害弹性恢复性能。相反，优异的弹性通常依赖于较低的交联密度和较高的链段自由运动能力，这又不可避免地导致材料力学强度的下降。因此，强度-模量-弹性之间的内在矛盾已成为限制高性能弹性体发展的关键瓶颈。近年来，研究者通过在弹性体内部原位构筑相分离纳米结构域，显著改善了材料的力学性能。但该方法仍难以从根本上突破强度、模量与弹性之间的内在制约。与此同时，可持续发展需求的不断提升进一步增加了弹性体设计的复杂性。因此，开发兼具高强度、高模量和优异弹性的可循环利用高性能弹性体充满巨大挑战。

图1.基于双相分离纳米结构策略构筑的兼具超高拉伸强度、高杨氏模量以及优异弹性恢复能力的可逆交联聚（氨酯-脲）弹性体。

针对上述挑战，孙俊奇教授团队提出了一种基于双相分离纳米结构制备高性能弹性体的有效设计策略。作者通过将刚性的芳香族聚脲（AP）链段与富含酰胺脲（ASC）基团的柔性聚（氨酯-脲）链段进行共聚，构筑了高性能可逆交联弹性体PUU（图1）。该PUU弹性体的拉伸强度高达104.6 MPa，杨氏模量高达43.1 MPa，韧性高达350.2 MJ m-3。室温下600%应变内的拉伸可完全回弹。此外，该弹性体还表现出优异的抗穿刺性能，穿刺能高达1484.9 mJ mm-1。作者通过小角X射线散射（SAXS）和透射电子显微镜（TEM）对PUU弹性体的内部结构进行了详细研究。研究结果表明PUU弹性体中形成了两种相分离纳米结构，分别是尺寸较大的刚性AP链段堆积形成的刚性纳米相区和尺寸较小的由氢键阵列与疏水性二环己基甲烷结构单元堆积形成的纳米相区。大尺寸刚性纳米相区作为增强型纳米填料，显著提高了PUU弹性体的强度和模量。小尺寸氢键交联的纳米相区通过将分散状态的氢键转化为空间受限的氢键纳米结构，有效降低了体系的交联密度，从而抑制过度的能量耗散，使得PUU弹性体表现出优异的弹性恢复能力。同时，氢键交联的纳米相区作为额外的纳米填料进一步增强了PUU弹性体的力学性能。因此，两种相分离纳米结构之间的协同增强作用使PUU弹性体同时具备高强度、高模量与优异的弹性。

为了进一步阐明双相分离纳米结构域在赋予PUU弹性体优异的综合力学性能中的重要贡献，作者采用与PUU弹性体相同的制备方法合成了两种单一纳米结构结构增强的对照样品：PUU-ASC和PUU-AP。其中，PUU-ASC中仅有由ASC衍生氢键阵列与疏水性二环己基甲烷结构单元形成的氢键纳米相区，表现出较低的强度和模量和优异的弹性恢复能力，PUU-AP中仅有刚性AP链段堆积形成的刚性纳米结构，因此获得了更高的强度和模量，但其弹性恢复性能受到明显削弱。然而，二者的强度和模量均低于具有双相分离纳米结构域的PUU弹性体。这些结果充分证明，双相分离纳米结构域的协同增强作用是实现PUU弹性体兼具高强度、高模量与优异弹性恢复能力的关键。

在PUU弹性体中，原位形成的刚性疏水AP纳米相区，以及由ASC衍生氢键阵列与疏水性二环己基甲烷结构单元共同形成的氢键纳米相区，能够将动态氢键限制在高度致密且疏水的微环境中，从而有效抑制水分子对氢键网络的破坏，赋予材料优异的耐水稳定性。PUU弹性体在水、强酸和强碱溶液中浸泡72 h后，仍能保持原有形貌和透明性；经干燥处理后，其力学性能几乎完全恢复，展现出良好的环境稳定性。此外，得益于氢键的动态可逆特性，PUU弹性体还表现出优异的自修复能力和可再加工性能。经过修复或多次热压加工后，材料仍能够保持与初始样品相近的力学性能。高强度和优异抗撕裂性能的碳纤维增强复合材料（CFRCs）在个人防护装备、耐损伤结构材料等领域具有重要应用价值，尤其适用于需要抵抗裂纹扩展并保障长期安全可靠性的工程场景。利用PUU弹性体兼具高强度、高模量以及高效能量耗散能力的特点，将其作为高性能粘结基体制备了超强抗撕裂碳纤维增强聚合物复合材料。所得的复合材料表现出优异的界面结合能力和裂纹扩展抵抗能力，其断裂能最高达到2059 kJ m-2，创下单层碳纤维增强复合材料报道中的最高水平。

综上所述，该研究提出的该双相分离纳米结构设计策略可以有效突破传统弹性体中强度-模量-弹性之间的内在矛盾，为开发兼具高力学性能、长期可靠性和循环利用能力的高性能弹性体材料提供了新的结构设计思路。相关研究成果以Resolving the Strength-Modulus-Elasticity Tradeoff in Elastomers Using Dual Phase-Separated Nanodomains为题发表在《Advanced Materials》上。博彩App 超分子结构与材料全国重点实验室的孙俊奇教授为本文通讯作者，博士研究生魏翔为本文第一作者。相关研究受到了国家自然科学基金原创探索计划项目、教育部基础学科和交叉学科突破计划以及吉林省科技发展计划的支持。

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//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74001