在自然界中，生物体通过精妙的软硬组分一体化协同实现“刚柔相济”与功能衍生，然而在合成材料中实现类似的结构一体化仍极具挑战。材料和性能集成的传统思路是做“加法”，将不同材料“拼”在一起，其界面往往是薄弱环节。是否可以像自然界一样，使力学性能不同的材料“生”在一起？

  浙江大学罗英武教授团队提出了一种实现多材料一体化的策略：利用单一共聚物，通过对微相分离过程进行图案化编程，控制其内部纳米结构的变化，在同一块材料上成功制备出从“类塑料”到“类橡胶”的不同性能区域。

  2025年12月12日，相关成果以题为“Multimaterials by Patterning Microphase Separation of a Single Copolymer”发表于Advanced Materials。硕士生戚淙棋、博士生刘博涵为论文共同第一作者，陈哲琪博士、罗英武教授为论文通讯作者。

  该策略的基础是设计一种具有亚稳态纳米结构的聚合物，然后通过空间光控交联程度，控制聚合物在退火过程中的微相分离过程，从而实现材料力学性能的编程。

  具体而言，作者设计了一种基于聚合物胶体的模型体系。使用热引发的活性自由基乳液聚合制备了一种嵌段共聚物的核壳胶乳：其中，带有潜伏光交联基团(二苯甲酮)的橡胶态链段构成软壳，而玻璃态链段组成硬核，硬核体积占比约50% (图1a)。

图1. 编程微相分离使单种共聚物实现多材料一体化

  胶乳干燥成膜后，软外壳融合形成连续基质，硬内核则均匀排列其中，形成“海岛状”的纳米结构 (图1b)。关键在于，这种“海岛结构”处于热力学亚稳态——理论上，等体积比的嵌段共聚物平衡态应为层状结构。玻璃态的硬核在室温下冻结了相分离过程，为后续光编程微相分离提供了窗口。

  通过紫外光图案化照射，实现了空间选择性的交联调控：照射区域的二苯甲酮基团被激发，通过夺氢反应在橡胶链间形成共价交联网络 (图1c)，未照射区域则保持未交联状态 (图1d)。

  在退火过程中，未交联区域的硬相被活化、聚并，从“海岛结构”演化为“双连续结构”(图1e)；已交联区域的交联网络锚定原始结构，锁定海岛形貌 (图1f)。虽然两个区域化学成分一样，但力学行为截然不同：“双连续区”硬度高，拉伸时会先屈服再塑性变形，像拉一根结实的塑料条；“海岛区”柔软且弹性极佳，能大幅度拉伸并迅速回弹，像拉一根韧性的橡皮筋。两者都表现出高断裂韧性 (>10 kJ/m²)，远超其单一组分。这种强韧结合归因于刚柔两相的协同增韧机制。并通过共享的聚合物网络拓扑结构无缝集成，从而消除不同性能材料间的薄弱界面，实现高界面韧性(>10 kJ/m²)。

  进一步地，可以用光当作画笔，在一种材料上画出不同相分离结构的图案。作为演示，利用灰度掩膜进行光照，成功将《蒙娜丽莎》的图案“编程”到材料中。由于散射光与相分离结构密切相关，材料区域的软硬差异通过图像明暗细得以呈现 。

图2. 光控相分离实现多材料的精细编程

  这种可图案化、刚柔一体的材料，展示出广阔应用前景。例如，在可拉伸电路设计中，脆性的电子元器件可以放置在材料的“刚性岛屿”上，而整体拉伸时，周围的柔性材料产生变形，而刚性岛屿不变形，这种应变隔离效应可以有效保护脆性器件。

  总结而言，这项研究使用单一聚合物的聚集态结构作为调控维度，为设计和制造刚柔并济的功能材料提供了广阔平台。

  全文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202517801