超分子玻璃——不止是 “玻璃”，更是动态组装的分子智慧
金皓阳 高分子物理学 2025年10月25日 22:33 上海
超分子玻璃
不止是 “玻璃”，更是动态组装的分子智慧
前言
从电子设备屏幕到摩天大楼幕墙，透明材料凭借透明性与功能性为生活带来了诸多便利，但传统透明材料存在脆性高、耐热性不足、易老化等局限，而超分子玻璃（MH玻璃）依靠分子间非共价键组装，兼具高透明、高韧性、抗冲击、可灵活优化耐热性与加工性能等优势，能适配多元场景，被视为引领透明材料领域新一轮革命、开辟功能定制化新路径的新型材料。
PART1
什么是超分子玻璃
超分子玻璃虽名字看似神秘，实则是由有机分子通过氢键、范德华力、静电相互作用等非共价键交联形成的无定型材料，与依赖共价键的传统无机和有机玻璃不同，其内部的非共价相互作用不仅能促进有效组装、构建刚性分子环境，进而抑制三线态激子的非辐射跃迁、促进室温磷光发射，还赋予了材料优异光学性能，同时兼具可回收性、良好兼容性与热加工性，受力破坏后可自行修复，更具韧性和抗冲击性，近年来因独特的非共价交联特性和丰富的结构选择性备受关注，在多领域拥有广泛应用前景PART2
超分子玻璃的制备法
超分子玻璃的宏观物理化学行为由非共价相互作用的强度与方向性决定，弱且方向性小的相互作用能赋予材料结构可重构性和玻璃稳定性但机械性能弱，强且方向性明确的相互作用可提升结构刚性但结晶倾向增加，“柔性-刚性”“玻璃稳定-结晶风险” 的固有矛盾，使得设计兼具玻璃化特性与机械韧性的超分子玻璃成为该领域当前亟待突破的核心挑战。
主客体分子识别 Cai等人选用甲基-β-环糊精与对羟基苯甲酸酯类的主客体分子识别基元作为超分子玻璃的构筑单元，通过主客体络合与氢键形成的非共价聚合，让材料兼具高透明性和稳定体态。这种动态组装模式还赋予了材料可回收、兼容性好、可热加工的优势，而短程有序（主客体络合）与长程无序（三维聚合物网络）的结构特征，也完美契合玻璃的典型属性～[1]
MH玻璃的制备和表征
受挫非共价络合Ma等人靠 “受挫的非共价络合” 新思路，在方酰胺氢键基序旁装上位阻异丙基给超分子玻璃加了 “位阻 buff”，不仅让分子间相互作用从方酰胺 - 方酰胺变成方酰胺 - 酯氢键，还能靠可逆氢键高效耗散能量，让材料韧性直接飙到原来的4.3倍，同时增强界面粘附性、抗冲击效果拉满，可作为优质抗冲击涂层保护基体，也为高性能超分子玻璃设计指了新方向～[2]
基于透明深共晶体 Hou等人把非共价分子识别、低共熔溶剂形成和无溶剂光聚合结合起来，让四氟硼酸锌（ZTH）和丙烯酰胺（AM）靠金属配位和氢键 “抱团” 形成ZTH-AM 体系，它就像无机玻璃的 “玻璃液” 一样，能阻止两者结晶。之后经光聚合做成的聚 [ZTH-AM] 超分子玻璃，不仅透明又刚硬，拉伸强度能到 93.50 MPa，杨氏模量 1.12 GPa、硬度 92.1 HD，性能直接拉满～[3]
PART3 超分子玻璃的性质
超分子玻璃的性能非常良好，藏着不少 “神奇技能”。让人意外的是，这款玻璃在真空干燥后会瞬间 “变身”，从通透材质变成不透明状态，可见光透过率连10% 都不到。而原子力显微镜等一系列测试更证明了它的 “硬核实力”：内部致密无孔，稳定性和机械强度拉满，仅 2mm 厚就能稳稳承受 200g 重物而不碎裂。最让人惊喜的是它的环保属性 —— 剪碎磨成微米级颗粒、溶解成溶液、加热蒸发水分再热压，就能重新制成新的超分子玻璃，反复循环五次，透明度也丝毫不会衰减，可以做到多次的循环利用。
此外，超分子玻璃堪称柔性电子领域的 “全能选手”，自带多项实用黑科技！它有着极佳的流动性，不管是模具浇铸还是激光雕刻都能轻松驾驭，就连二维码这类复杂形状的器件都能精准制备。更难得的是，即便添加了染料，它依然能保持80%以上的高透明度，颜值和实用性双双在线。
PART4
总结与展望
超分子玻璃这颗材料界的 “潜力新星”，着实让人充满期待！它凭借独特性质和优异性能，在多个领域铺开了广阔的应用蓝图，每一个特性都藏着颠覆传统材料的可能。
不过，前沿探索从不会一帆风顺 —— 从制备工艺的精细化优化、核心性能的持续升级，到生产成本的合理控制、环保标准的全面适配，超分子玻璃要真正走进现实应用，仍需跨越不少难关。我们完全有理由相信，这颗 “新星” 终将突破瓶颈、绽放更耀眼的光芒。让我们一起锁定超分子玻璃的未来，见证它在各个领域书写属于自己的辉煌篇章～
参考文献
[1]Changyong C ,Shuanggen W ,Yunfei Z , et al.Bulk transparent supramolecular glass enabled by host–guest molecular recognition[J].Nature Communications,2024,15(1):3929-3929.DOI:10.1038/S41467-024-48089-4.
[2]Ma J ,Jiang S ,Tan X , et al.Tough Supramolecular Glasses Enabled by Frustrated Non-Covalent Complexation.[J].Angewandte Chemie (International ed. in English),2025,e202519907.DOI:10.1002/ANIE.202519907.
[3]Hou X ,Meng J ,Yin T , et al.The Formation of Supramolecular Rigid Glass Based on Transparent Deep Eutectic.[J].Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.),2025,e06637.DOI:10.1002/ADMA.202506637.