主链聚轮烷因其独特的拓扑结构和多重机械键的协同运动特性，在合成方法和应用方面备受关注。根据机械键在聚合物中的存在形态，主链聚轮烷主要分为两类：I型和II型主链聚轮烷，前者是指线型聚合物轴结构上含有许多环状结构（图1a）；后者是指环状结构作为线型聚合物的组成部分，轴结构分别穿入环状结构中形成各自独立的轮烷重复单元（图1b）。目前，I型主链聚轮烷被广泛用于构筑滑环材料（Slide-ring materials）。相比之下，II型主链聚轮烷具有多重悬挂链结构，在外力作用下，其运动方向与聚合物主链垂直，同时可被引入到聚合物骨架中调整拓扑结构，具备独特的区别于，I型主链聚轮烷的力响应运动模式。然而，将II型主链聚轮烷设计成机械互锁聚合物材料，并建立其主链机械键的微观运动与材料宏观机械性能之间的关系，目前尚未得到研究。

近日，上海交通大学颜徐州课题组构筑了首例基于II型主链聚轮烷机械互锁聚合物网络（Type II main-chain PR-based mechanically interlocked networks (^PRMINs)）（图1c）。以此为模型系统，作者深入研究并阐明了II型主链聚轮烷骨架上多个[2]轮烷机械键的微观运动对^PRMINs材料增强增韧的内在作用机制（图1d）。

研究表明，得益于^PRMINs主链上多个[2]轮烷机械键微观运动的集成，^PRMIN-2（主链聚轮烷上烯烃与PDMS上硫醇单元为1：1）在延展性、韧性、抗穿刺性能和抗冲击性能等力学性能方面均明显优于通过共价结构连接的对照样品（图2）。

流变机理研究结合分子动力学模拟，揭示了^PRMIN-2中II型主链聚轮烷独特的增韧机制：与离散机械键交联网络不同，^PRMIN-2聚合物网络中主链上多个[2]轮烷机械键是相互连接的。该结构能够促使力沿着主链传递，诱导多个[2]轮烷机械键运动，产生协同效应。机械键运动导致的主客体识别解离，以及随后机械键中分子轴沿着聚合物主链垂直运动，能够有效耗散能量并释放悬挂链到网络中，从而赋予^PRMIN-2材料优异的力学性能。

在该工作中，颜徐州团队发展了基于II型主链聚轮烷构筑力学性能和动态性兼具的机械互锁材料新方法，并揭示了其中的构效关系，为高性能智能材料的开发与应用提供了新思路。