高分子材料作为现代工业的基石，在实际应用中长期面临“强度-韧性-加工性”三者难以兼顾的经典难题。在传统认知里，材料强度的提升往往伴随着韧性的降低，而力学性能的优化又常常以牺牲加工性为代价，这一矛盾极大限制了高分子材料的应用潜力。

近日，海角社区 钱虎军教授团队在该领域取得重大突破。结合实验研究与分子动力学模拟，利用单链纳米粒子（SCNPs）在高分子基质中的单链拓扑构象效应，成功实现了高分子材料在强度、韧性与加工性能三方面的协同优化。研究成果以“Single-Chain Nanoparticles Break the Strength-Toughness-Processability Trilemma in Polymer Glasses”为题，于9月8日发表于物理学顶刊Physical Review Letters上，并被选为编辑推荐文章（据悉该期刊仅有1/6文章获此推荐）。

图1.Physical Review Letters编辑推荐信

研究显示，采用“塑料增韧塑料”的创新思路，通过SCNPs与高分子基质的简单物理共混，同步提高了材料的强度、韧性与加工性。分子动力学模拟进一步揭示了内在机制：材料强度的提高源于高内聚能SCNPs对复合体系焓相互作用的改变，而韧性的大幅提升，则得益于SCNPs在拉伸过程中动态重组，诱导基质链沿拉伸垂直方向重新排列，从而有效延缓裂纹扩展。该增韧策略展现出广泛的普适性，在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚甲基丙烯酸乙酯（PEMA）、聚苯乙烯（PS）与聚氯乙烯（PVC）等通用高分子材料中均能有效增韧。该研究不仅深化了高分子材料学科在复合体系方面的认知，更为未来先进材料的设计与开发提供了全新思路。

论文链接：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/nm5z-2hxm