热固性塑料通常依赖密集交联获得高模量，高强度和尺寸稳定性，却也因此难以熔融再加工和高值回收。近日，UIUC自修复材料实验室提出一种新的拓扑设计思路。长聚合物链之间的链缠结承担主要载荷，少量可选择性断裂的交联点负责锁定网络并提供回收开关。材料服役时保持热固性材料的稳定性，回收时可解构为线性且可再活化的低聚物，并进一步用于复合材料回收和3D打印。

  2026年6月15日，相关研究以Chain entanglements enable regeneration of high-performance thermosets为题发表在《Nature Materials》上。

图1 基于链缠结的高性能可循环热固性材料

  传统热固性材料的设计常围绕一个逻辑展开，即提高交联密度。交联点是不同分子链之间的共价连接，它能限制链段运动，抑制蠕变和流动，使材料在受热或长期受力时保持形状。问题也随之出现。交联过多会让网络变得刚硬而脆，降低延展性和断裂韧性，同时使固化后的材料不溶不熔，难以拆解成可再次利用的结构单元。

图2链缠结评估及对玻璃态材料力学性能的影响

  该工作最核心的贡献，是把链缠结从背景因素提升为主要承载单元。链缠结不是化学键，而是长链之间相互穿插后形成的物理拓扑约束。它能限制链的滑移，把外力分散到更大的链网络中，从而同时贡献刚性和韧性。作者通过前端开环易位聚合制备高T_g的p(H₂DCPD)模型体系，并与传统高度交联的pDCPD对照。结果显示，长链缠结网络可达到相近的模量和强度，并表现出更好的延展性和断裂韧性（图2）。这说明，高性能玻璃态热固性材料并不必然依赖大量永久交联，足够长且足够密的链缠结也可以形成有效承载网络。

图3化学交联降低高度缠结体系的韧性和延展性

  不过，链缠结不能完全取代交联。单纯依靠缠结的材料在长时间或较高温度下仍可能发生流动，因而更接近热塑性材料。作者进一步引入少量可断裂交联点后发现，低至 0.5% 的交联点就能显著抑制长时蠕变，使材料获得热固性材料所需的尺寸稳定性。继续提高交联比例并不会持续改善性能，反而会牺牲伸长率和韧性（图3）。因此，交联在这里的作用应是少而精。链缠结负责承载和耗散应力，交联点负责固定拓扑和控制长期流动，同时为后续解构留下可触发的化学位点。

图4 双交联剂策略精确控制降解产物

  为了让再生不只是降解，作者设计了双交联剂策略。服役阶段，交联点锁定缠结网络。回收阶段，可断裂链融合单元把网络切分为线性，羟基封端且长度可控的低聚物（图4）。这些低聚物随后可通过端基再活化进入下一代网络。这样，每一代材料都尽量恢复到长链缠结加少量连接点的相似拓扑，而不是把不可控碎片简单掺回体系。论文结果显示，该体系可经历多代化学解构与再生，主要热机械性能仍能保持。

图5复合材料循环利用和3D打印

  该策略还展示了面向实际应用的拓展潜力。对于碳纤维增强复合材料，可解构树脂基体有助于回收高价值碳纤维，并利用再生低聚物制备下一代复合材料。对于直接墨水书写和 3D 打印，回收低聚物可作为可再活化原料参与成型，使复杂结构制造与材料循环利用形成闭环（图5, 6）。

图6 低聚物用于FP-DIW无支撑3D打印

  总结：这项研究给热固性材料设计提供了清晰的新思路。性能不再只靠提高交联密度获得，而是由链长，缠结密度和少量可断裂交联点协同决定。链缠结负责承载，交联点负责锁定，解构化学负责再生。该思路把可持续热固性材料从单纯的可降解化学推进到拓扑工程层面，也为高性能塑料，复合材料和增材制造提供了新的设计路径。

作者介绍

  文章第一作者兼共同通讯作者徐振创研究员于2026年5月加入中国科学院上海有机化学研究所，隶属于先进氟氮材料全国重点实验室。其研究关注高分子序列，拓扑和动态基元等微观结构与宏观功能之间的构效关系，探索面向可持续能源，先进制造和精准医学等交叉领域的高分子材料解决方案。课题组欢迎对高分子合成、高分子物理、化学传感以及先进制造等交叉领域感兴趣的博士后、研究助理和学生加入 (Email: xuzhenchuang@sioc.ac.cn)。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-026-02646-y