复合材料的宏观力学性能（如强度与韧性）本质上源于其微观结构中高分子链段与填料间的相互作用机制，二者常呈现显著的性能权衡关系。在传统复合材料中，微观界面依赖大量静态的高能共价键连接，该结构在受力断裂时易发生不可逆破坏，导致材料失稳，严重制约其在极端或特殊环境下的应用。因此，从理论层面深入探索填料与高分子基体间动态、可重构的物理-化学作用机制，不仅对理解多级结构与宏观性能之间的构效关系具有重要科学意义，也为设计新一代高性能复合材料提供了关键的理论依据与创新路径。
鉴于此，西南科技大学常冠军教授、康明教授等通过引入高能量的Li+-π相互作用驱动纳米二氧化硅微球发生“滚动行为”，在环氧树脂复合材料中成功实现了强度与韧性的协同提升。实验结果显示，改性后材料的断裂伸长率达到18.48%，拉伸强度为95.32 MPa，静态韧性显著提高至12.01 MJ m⁻³，相较于原始环氧树脂，强度提升57.24%，韧性增幅达636.81%。本研究不仅利用了Li+-π相互作用在能量耗散和动态重构方面的独特优势，还揭示了微球在滚动过程中通过自适应角度变化实现运动强化的新机制，为多尺度界面相互作用调控提供了新视角，对发展高性能复合材料具有重要指导意义。
该滚动机制不仅可经由机械或热激活触发，具备显著的热-力等效特性，更为开发可在室温下机械触发自修复的高性能热固材料提供了全新的理论路径与设计思路，有望广泛应用于高端装备、航空航天及柔性结构等前沿工程领域。
相关工作以“Synergistic Strengthening and Toughening of Epoxy Composites via Li+-π Interaction Induced Microsphere Rolling Mechanism: Rotational Stability and Wide-Range Effect”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上（DOI: 10.1002/adfm.202509971），西南科技大学材料与化学学院材料科学与工程专业在读博士研究生唐巧林为本文第一作者。
图1. 基于高能Li+-π相互作用旋转稳定性和宽范围效应的微球滚动机制
图2. Li+-π相互作用的旋转稳定性优势以及复合材料的分子动力学拉伸模拟
图3. 复合环氧树脂的机械性能以及Li+-π相互作用驱动的微球滚动机制示意图
图4. 复合环氧树脂的热性能
图5. 复合环氧树脂的回收加工以及自愈合性能
此项工作是团队在高强韧聚合物材料制备与应用研究领域取得的重要进展之一。在实际应用中，强度与韧性是决定聚合物材料使用性能的两大关键指标。然而，受限于聚合物材料自身的物理化学特性，如何在不牺牲一方的前提下实现强度与韧性的协同提升，始终是该领域面临的重大挑战。基于此，团队系统开展了利用动态共价键（Nat. Commun. 2022, 13, 3231）及动态非共价作用（如阳离子-π相互作用, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111021）协同调控聚合物材料强度与韧性的研究。结果表明，动态键的引入可凭借其可逆的“断裂-重构”机制，在材料受载过程中实现持续的能量耗散，从而有效缓解强度与韧性之间的传统矛盾，为高性能聚合物材料的设计提供了新思路（Chem. Eng. J. 2021, 414, 128820；Macromolecules. 2025, 58, 7862-7870）。基于“球体滚动可高效传递能量”——这一经典力学原理，团队前期创新提出了高分子基底中微球填料通过滚动实现能量耗散的“微球滚动机制”（Adv. Mater. 2025, 37, 2415485）。在本文中，研究进一步借助高能Li+-π相互作用的动态“断裂-重构”特性，成功在更广角度范围内维持微球的持续滚动，显著增强了复合材料内部能量耗散能力，从而将强度与韧性的协同提升推向新高度。该策略不仅深化了对动态界面行为与宏观性能间关联的理解，也为发展新一代高性能、功能化复合材料提供了崭新的设计思路与研究路径。
原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202509971
