近年来，动态共价交联高分子逐渐成为有别于传统热塑性与热固性的第三类高分子，其核心在于具有可逆断裂与重组能力的动态共价键。在外界刺激下，动态共价键交换，交联网络拓扑重排，材料表现出独特的自适性。

作者指出，拓扑重排可导致两种不同类型的拓扑转换。一类是针对传统的动态共价交联高分子，这类材料具有自修复、可重加工和形状可重构等性能。这里拓扑转换的设计意图是动态键交换不会改变网络结构，相应的材料性能不变。另一类则与之完全相反，强调通过动态键交换，网络结构发生高度可控的变化，从而对材料物理性能进行主动编程，即拓扑异构网络。这两种拓扑转换具有优势互补的特点，但背后的机理是截然相反且相互矛盾的，这使得它们都只能在不同的动态交联高分子网络中实现。

鉴于此，浙江大学谢涛课题组设计了一类正交动态共价高分子网络，通过主链交换实现形状重构，侧链交换赋予材料可编程的物理性能。利用互不干扰的键交换反应路径，将这两种拓扑转换机制有机地结合到同一网络。

首先探究了基于侧链拓扑转换的酯交换反应，网络由一个接枝密度较低，侧链长度长结构异构为接枝密度高，侧链长度短结构，材料宏观性能可由结晶转变为不结晶。进一步地，作者引入光响应型催化剂，利用光的空间选择性优势，实现了材料性能的区域性编程。

接下来探究了基于主链拓扑转换的烯烃复分解反应，引入Grubbs 2nd催化剂，网络发生非异构型重组，实现宏观形状重构。

需要强调的是，上述的主链和侧链动态键交换都需要各自相应的催化剂去催化反应的发生，因此作者可以通过控制催化剂的引入顺序实现了正交的拓扑转换，分别用于形状重构与物理性能编程，实现了材料在三维空间的力学性能调控。作者指出，该动态交联网络具有类似瓶刷状的拓扑结构，材料表现出低模量，为设计与生物软力学性能匹配的可变形器件提供了可能性。

论文信息：

An Orthogonal Dynamic Covalent Polymer Network with Distinctive Topology Transformations for Shape- and Molecular Architecture Reconfiguration

Wusha Miao, Bo Yang, Binjie Jin, Chujun Ni, Haijun Feng, Yaoting Xue, Ning Zheng, Qian Zhao, Youqing Shen, Tao Xie

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202109941