基于酰腙键的软物质制备及其性能研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvyuxuan36520091
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软物质普遍存在于自然界和日常生活中,常见的凝胶、液晶、薄膜和弹性体等都属于软物质。人体中,除了牙齿、指甲和骨骼外,其他几乎都属于水凝胶,我们日常生活中吃、穿、用的很多物质,如衣服、鞋子和汽车轮胎等也都属于软物质范畴。近年来科学家对软物质的研究也越来越多,目前人们已经开发了一系列性能优异的软物质材料,使得人们的生活质量明显提高。动态共价键是一种有效构建软物质材料的策略,动态共价键兼具共价键高强度和非共价键动态可逆的特点。将动态共价键引入软物质制备中,可赋予材料新的性能。例如,将动态共价键引入凝胶类软材料的制备中,可赋予该类材料自愈合性和刺激响应性,在某些物理或化学刺激条件下,发生显著的凝胶-溶胶相转变或体积相转变,这些材料在3D打印、药物输送、柔性储能器件、传感器等方面都显示出非常好的应用前景。因此,研发含有动态共价键的新型软材料,意义重大。为获得微观结构均匀、性能优异的动态共价软材料,本论文以酰腙键为基础,通过系统研究动态共价材料形成中的交联作用和自组装作用,制备了流变学性能优异的多组分凝胶和传感性能突出的纳米薄膜。第一部分的工作中,合成了两种具有多个超分子作用位点的酰肼基化合物,BTN和PBT并利用所获化合物与常见多醛基化合物,包括三(4-甲酰基苯基)胺、均苯三甲醛、联苯二甲醛和对苯二甲醛,通过动态共价键交联和自组装形成凝胶。胶凝行为研究发现,联苯二甲醛与该类化合物形成的凝胶较好。有意思的是,我们发现可以成功利用BTN和PBT与联苯二甲醛形成三组分凝胶。通过优化BTN和PBT的比例,可以获得流变学性能优于双组分凝胶体系的三组分凝胶。BTN/PBT为4:6的凝胶体系,展现出高的力学强度和储能模量,并且屈服应力值达到6309 Pa,在频率扫描中显示出很好的粘弹性质,对外界应力具有很好的耐受能力,而且,体系有很好的剪切触变性。该工作揭示了由结构特性导致的超分子自组装在动态共价键凝胶的形成中发挥着极为重要的作用,这将为新型动态共价键凝胶的制备提供基础。基于对酰腙键凝胶形成机制的深入理解,参考课题组在气-液界面制备二维自组装薄膜的工作基础,我们设计合成了具有双醛基的邻碳硼烷衍生物(CB-CHO),以其和已有的酰肼衍生物为功能分子,利用气液界面自组装的方法制备了性能优异的非晶态荧光纳米薄膜。以所获薄膜为基础,借助于实验室已有荧光传感平台,构建了一种可用于高效区分甲醇和乙醇的荧光传感器。该传感器对甲醇响应速度快、选择性高,可实现高乙醇背景中的甲醇检测,如假酒、工业酒精和医用酒精的识别。希望该薄膜制备策略及所制备的传感器,将为新型传感薄膜和传感器件的研发提供思路。
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