在高分子材料中，强度与韧性通常难以兼顾。提高材料强度往往会限制分子链运动，使材料变脆；而增强材料韧性又可能导致承载能力下降。这一“强度—韧性制衡”长期制约着热塑性弹性体在柔性防护、航空航天、生物医用和轻量化结构材料等领域的应用。

  近日，东北林业大学于海鹏、刘永壮教授团队提出利用木质素多元醇构筑三维层级动态超分子网络，成功实现热塑性聚氨酯弹性体强度、韧性、弹性回复、抗损伤能力和可回收性的协同提升（图1）。所得木质素基热塑性聚氨酯弹性体（Lig-TPUE）拉伸强度达到127.7 ± 9.52 MPa，断裂韧性达到1.43 ± 0.11 GJ·m?3，展现出优异的综合性能。

  2026年9月15日，相关研究以“Lignin dynamic networks break the strength–toughness trade-off in thermoplastic elastomers”为题发表在《Nature Communications》上（2026, 17: 9594）。文章第一作者是东北林业大学2022级博士研究生赵鹏。该研究得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费资助。

图1 木质素动态超分子网络的构筑及材料应用示意图

  研究团队在材料内部构筑了由共价键、动态氢键、动态二硫键和π–π相互作用协同组成的三维层级动态超分子网络。木质素的刚性芳香骨架能够限制链段运动、促进微相分离；丰富羟基及动态作用位点则可在外力作用下发生可逆解离与重组，通过牺牲键断裂和网络重排实现多尺度能量耗散，从分子和介观尺度协同提升材料的强度、韧性与抗损伤能力。在木质素添加量为10 mol%时，所得木质素基热塑性聚氨酯弹性体（Lig-TPUE）拉伸强度达到127.7 ± 9.52 MPa，断裂韧性达到1.43 ± 0.11 GJ·m?3，断裂伸长率约为3000%，并表现出优异的抗撕裂、抗穿刺、抗缺口和弹性回复性能。质量约0.1 g的弹性体细丝可吊起5 kg重物，承载重量约为自身重量的5万倍（图2）。Lig-TPUE同时保留了热塑性加工能力，可通过溶液浇铸、熔融纺丝和3D打印进行成型。

图2 Lig-TPUE的力学性能、抗损伤性能与热塑性加工性能

  为验证Lig-TPUE的应用潜力，研究进一步将其作为基体制备碳纤维增强复合材料。Lig-TPUE/碳纤维复合材料的拉伸强度达到913.7 MPa，约为纯碳纤维织物的3倍，拉伸模量达到3.68 GPa。同时，复合材料的撕裂载荷和抗穿刺性能也得到显著提升。该策略还可拓展至玻璃纤维和芳纶纤维增强体系，表现出良好的纤维增强适应性。得益于动态超分子网络的可逆解离特性，Lig-TPUE基纤维复合材料还具备溶剂辅助闭环回收能力。采用DMF溶剂在80 ℃下处理4 h后，弹性体基体能够溶解，碳纤维织物得以完整回收；溶剂挥发后，聚合物基体可以重新再生。经过多次循环后，再生材料的力学性能仍可保持90%以上，化学结构基本不变（图3）。这一结果表明，该材料体系不仅能够满足高性能复合材料对强度、韧性和抗损伤能力的要求，还能够实现聚合物基体和增强纤维的回收利用，为高性能热塑性复合材料的循环利用和绿色制造提供了新的解决方案。

图3 木质素基纤维增强复合材料及闭环回收过程

  该研究不仅突破了热塑性弹性体长期存在的强度—韧性制衡问题，也实现了农林生物质木质素的高值化利用，为木质素高值化利用以及高强、高韧、可加工、可回收高分子材料的设计提供了新的思路，为柔性防护、航空航天、轻量化结构材料和可持续高分子复合材料的发展提供了新的技术路径。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77396-1