弹性模量依赖的宏观超分子组装研究及其水下粘附应用

发布时间：2020-07-18 17:08

【摘要】：宏观超分子组装是超分子化学领域的一个新兴研究方向,其研究对象是表面修饰有大量超分子识别基团的10微米以上的宏观构筑基元,以及它们之间基于超分子多重相互作用的碰撞、识别和组装的过程。宏观超分子组装不仅为构筑体相超分子材料提供了新的方案和思路,也为快速水下粘附、内源性自修复等涉及界面-界面相互作用的过程提供了理想的研究模型。然而,目前宏观超分子组装方面的研究大多集中于对组装现象的描述,而对组装机理的阐释和构筑基元的设计原则等方面的研究尚未深入,难以回答何种类型的构筑基元能够实现宏观超分子组装的基本问题。迄今为止,已报道的用于宏观超分子组装的体系主要包括高流动性的水凝胶体系和引入“柔性间隔层”的刚性构筑基元体系。考虑到上述体系构筑基元的设计均与其变形能力有关,因此,本论文针对“什么样的构筑基元可以实现宏观超分子组装”这一基本问题,研究了不同弹性模量宏观构筑基元的超分子组装行为,通过定性的组装统计学分析和量化的组装作用力测量,建立了适用于宏观超分子组装的构筑基元设计原则,并将其应用于快速水下粘附等过程机理的阐释和粘附材料的设计。主要研究成果如下:1.设计并制备了具有不同弹性模量的水凝胶模型体系,初步得到了宏观组装概率与模量负相关的趋势。2.构建了两种拓展体系并验证了上述宏观组装概率与模量负相关趋势的普适性,建立了适用于宏观超分子组装的构筑基元的设计原则。3.设计并发展了快速水下粘附测力的新方法,探索了模量依赖的宏观超分子组装规律在快速水下粘附方面的应用。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O641.3
【图文】：

静电相互作用,自修复,引文,多层膜

电解质多层膜【２６］（图ｌ－２（ａ））。在２０１５年他们课题组又报道了一种利用聚乙烯亚胺逡逑（ＰＥＩ）和透明质酸（ＨＡ）、聚丙烯酸（ＰＡＡ）之间的静电相互作用交替层状组装得逡逑到聚电解质多层膜，并且得到的多层膜具有良好的自修复性和防雾性能Ｍ邋（图１－２逡逑（ｂ））。而我们课题组利用ＬｂＬ的方法在宏观构筑基元表面引入柔性间隔层、抗粘阻隔逡逑层和主客体识别层，成功实现了宏观尺度构筑基元的超分子组装，在这一过程中聚电逡逑解质多层膜的引入都是采用静电相互作用作为成膜驱动力。逡逑■■画：侜逡逑图１－２基于静电相互作用的自修复膜（引文２６，２７）。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ邋ｆｉｌｍｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋（Ｒｅｆ．邋２６

引文,水凝胶,超分子组装,偶氮苯

通过共聚使主客体分子引入到丙烯酰胺的水凝胶体系中，带有主客体分子的逡逑水凝胶构筑基元在外加震荡的条件下发生碰撞则会组装到一起，实现了水凝胶体系宏逡逑观构筑基元的稳定组装［３３］（图１－３邋（ａ））。同年他们还报道了一种基于主体环糊精和客逡逑体偶氮苯的水凝胶体系的组装具体来说，他们通过自由基共聚的方法，将主客体逡逑分子引入到水凝胶单体丙烯酰胺的分子链上，制备带有主客体分子的水凝胶。因为环逡逑糊精和偶氮苯这个主客体识别体系，具有光响应性，即在紫外光照条件下，偶氮苯呈逡逑顺式构象，与环糊精结合能力很弱，在可见光状态下，偶氮苯呈反式构象，与环糊精逡逑结合常数很高。因此，在可见光条件下，水凝胶构筑基元之间利用主客体识别作用可逡逑以实现组装，形成具有特异性结合的结构；而在紫外光照条件下，偶氮苯构象发生转逡逑变，这种组装体可以实现解组装；再次用可见光刺激使顺式偶氮苯转变为反式偶氮苯逡逑以后

水凝胶,引文,基元,后交联

通过调整两个基板之间的距离可以获得不同形状的水凝胶，然后通过后交联的方逡逑法得到固化成形的水凝胶构筑基元。实验中所制备的棒状和哑铃状的水凝胶构筑基逡逑元，可以通过形状匹配得到有序的组装体（图１－５）。逡逑Ｆａｈｒｉ＾ｌＫ）ｉａｋＫ？ｃｌ￥逡逑＿邋（３邋0邋＾逡逑■、邋一．…．．邋逦邋一一逡逑图１－５基于形状匹配的水凝胶构筑基元之间的组装（引文４４）。逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｓｈａｐｅ－ｍａｔｃｈｉｎｇ邋ａｓｓｅｍｂｌｙ邋ｏｆ邋ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ邋ｂｕｉｌｄｉｎｇ邋ｂｌｏｃｋｓ邋（Ｒｅｆ．邋４４）．逡逑７逡逑

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