1.什麼是POSS材料？
(1)POSS的全稱是倍半矽氧烷，其分子式為（RSiO3/2）n，其中n為偶數時，這類化合物會形成典型的多面低聚倍半矽氧烷，亦稱作POSS。圖1為n等于8、10和12時所形成的POSS分子，分别記為八聚倍半矽氧烷（T8）、十聚倍半矽氧烷（T10）和十二聚倍半矽氧烷（T12），可通過水解縮聚法、頂角蓋帽法、官能團衍生法等方法合成。
(2)在納米級雜化材料的研究中，POSS 将有機組分與無機組分在分子層面上實作了結合，是高分子雜化材料的研究熱點。1946年，SCOTT首次提出了甲基取代的倍半矽氧烷。之後，BARRY 等發現了完全縮合的 POSS 具有立方和六角棱柱的形狀。1965年，BROWN系統研究了POSS的合成原理和中間産物，為POSS的衍生化提供了初步思路。到20世紀90年代，FEHER等合成出多種端基的POSS，為其功能化奠定了基礎。近年來，通過多種化學方式對 POSS 進行改性賦予其更多功能特性。其中，T8是POSS中最先發展和應用研究最多的一種。
POSS的常見結構示意圖
(3)POSS材料根據官能化改性政策的不同又可衍生出新的POSS衍生物，例如官能團改性：常見 POSS 的端基 R 主要為氫原子、烷基、苯基、烯基、氨基和羟基，可通過加成反應、取代反應、氧化還原反應、偶聯反應、點選化學等反應方式在 POSS 分子籠型架構的頂點上引入不同的有機基團，如巯基、鹵原子、環氧基、苯胺基、炔基、異氰酸酯基等。
功能團改性的POSS類衍生物
聚合改性：以POSS為單體的聚合改性，通常将 POSS 單體與其他單體進行封端、共聚或交聯反應，形成帶有尾鍊、嵌段型、串珠狀或星型的聚合物。
聚合改性後的POSS聚合物結構示意圖
配位改性：POSS 的多端活性位點可與金屬原子配位結合形成含金屬的有機/無機化合物（圖 4）。其可通過負載金屬原子提高負載型催化劑的催化活性。同時與金屬原子活性中心鍵合形成的M—O—Si結構，可模拟 SiO2與金屬原子的作用用作催化反應機理的研究模型。
含金屬的POSS結構示意圖
2.POSS材料主要特點？
POSS将有機高分子材料的良好反應性、成型性、低成本和無機材料的耐高溫、高強度、規整晶型等優異性能綜合到單一材料中，為材料的設計和調整提供了極大的友善，是制備功能性新材料的重要手段。
POSS屬于納米尺度的二氧化矽/矽氧烷雜化物，分子呈籠型結構，分子尺寸通常為1~3nm，由Si-O形成無機架構核心，外圍由有機基團所包圍，分子中的R可以為氫原子、烷基、烯基、氨基、羟基等基團。該化合物具有優異的反應活性、耐熱阻燃性、多孔性和納米尺寸效應。
3.POSS材料的主要應用領域？
(1)POSS在耐熱領域的應用
POSS以交聯改性或者是納米複合的方式，對于基體耐熱性能的提升都有顯著效果。研究表明以POSS為交聯劑分别改性環氧樹脂、聚氨酯、聚酰胺-酰亞胺和氟烯烴乙烯基醚樹脂等聚合物，對聚合物基體的耐熱性有顯著改善。通過納米雜化複合的方式，POSS對納米纖維素、耐熱型樹脂、聚二甲基矽氧烷和酚醛樹脂等材料的耐熱性能均有一定程度的提高，為耐熱材料的研究提供了重要參考。
(2)POSS在阻燃領域的應用
由于Si—O—Si的結構穩定，POSS在高溫下會形成緻密的氧化矽膜層，可以有效阻止聚合物裂解後産生小分子逸出和熔滴滴落，阻隔氧氣和熱量傳遞到聚合物内部，進而提升聚合物材料的阻燃性能。
(3)POSS在增強和生物材料領域的應用
POSS被認為是最小的二氧化矽顆粒，具有納米尺寸效應，被廣泛用作聚合物系統中的納米填料。納米級POSS分子在基體中可以限制微裂紋的擴大和延伸，吸收能量，減少基體的應力集中，其有機活性位點可以增加體系的交聯度和相容性，提高材料的力學性能和強度。同時，POSS因其良好的生物相容性，是具有生物醫學應用潛力的新型材料，可以作為牙科和骨組織納米複合材料。
(4)POSS作為多孔材料與催化劑載體
POSS 的籠型結構和活性位點可以負載金屬離子制備催化材料，分子内多孔孔道有利于離子的傳導，可以用作介電、吸附、分離等材料，固定在基材上可在其表面形成傘狀結構産生超疏水效應。
(5)POSS作為疏水表面改性劑
采用POSS化合物處理聚合物薄膜、棉織物、玻璃等基體表面，其龐大的分子空間和接枝的疏水性官能團減小了基體與水的接觸面，産生“傘效應”作用，為疏水性材料的開發提供了新的研究政策。
4.POSS材料的未來發展方向？領域内的挑戰
雖然功能化改性的POSS在耐熱、阻燃、增強和多孔材料等方面均有優異的表現，但仍存在許多問題需要進一步的研究。
(1)未形成系統的理論研究成果，之後可針對POSS結構與應用性能之間的構效關系進行更加深入和系統研究，建立起相關的研究模型，為開發多領域應用的POSS功能材料提供理論指導。
(2)目前POSS材料的制備收率仍然較低，需要進一步開發高效合成方法，降低成本，促進該材料的産業化推廣。
(3)雖然 POSS 可以應用在多個領域，但僅在骨組織修複材料中有關于 POSS 複合材料對細胞生長以及其自身降解性的研究，針對其他 POSS 材料的生物安全性卻鮮見報道，今後可對 POSS 材料在食品、醫用等領域應用安全性進行評價。