基于超分子相互作用和弱共價(jià)鍵力致變色基團(tuán)的自預(yù)警仿生型聚合物材料的研究.pdf

1、響應(yīng)性聚合物材料是一類(lèi)能夠隨外界環(huán)境（如溫度、化學(xué)試劑、pH、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、機(jī)械力和光照等）變化而產(chǎn)生性能變化的“智能”材料。其中，力致響應(yīng)性在制備外力刺激下自預(yù)警材料中顯得尤為重要。Moore等人發(fā)現(xiàn)具有光致變色效應(yīng)的螺吡喃是一類(lèi)很好的力響應(yīng)性基團(tuán)，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在聚合物鏈骨架中接入該類(lèi)螺吡喃便可以制備出響應(yīng)力致破損而發(fā)生性狀改變的力致響應(yīng)性聚合物材料，這些材料具有明顯的斷裂自預(yù)警功能。而Guan等人近些年的研究發(fā)現(xiàn)，仿生型聚合物

2、材料由于其類(lèi)似于生物大分子獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而使材料具備了卓越的機(jī)械性能，他們使用UPy單元的四重氫鍵強(qiáng)相互作用作為超分子體系中的序列結(jié)構(gòu)單元成功設(shè)計(jì)出一系列具有優(yōu)良機(jī)械性能的仿生型聚合物材料。目前，不管是力致變色材料或是仿生型聚合物材料，由于不能兼?zhèn)鋬?yōu)良機(jī)械性能和破損自預(yù)警功能使材料的應(yīng)用范圍均受到限制。
　　本文著眼于目前聚合物材料的局限，為了得到機(jī)械性能好且具有破損自預(yù)警作用的新型聚合物材料，首先合成了力致變色基團(tuán)螺吡喃，并研究

3、了其溶液的光致變色現(xiàn)象以及溶劑、金屬離子等對(duì)其變色的影響;在此基礎(chǔ)之上，本文通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將該螺吡喃接到到高分子PTHF鏈骨架中間，使用含雙功能基團(tuán)的UPy結(jié)構(gòu)作為擴(kuò)鏈劑，利用異氰酸根與羥基（或氨基）的反應(yīng)得到基于弱共價(jià)鍵螺吡喃和非共價(jià)鍵UPy的仿生型聚合物材料。針對(duì)已合成的聚合物材料，本文依次展開(kāi)了多項(xiàng)測(cè)試，用SAXS測(cè)試對(duì)高分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，用宏觀(guān)表征手段(如拉伸測(cè)試、DMA和TGA)對(duì)聚合物材料的熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能進(jìn)行分析。一系

4、列測(cè)試結(jié)果表明通過(guò)使用UPy結(jié)構(gòu)合成的聚合物材料內(nèi)部存在類(lèi)似于生物大分子中的序列結(jié)構(gòu)模塊，該模塊的存在對(duì)聚合物材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能都有很大的提高。隨后本文進(jìn)一步研究了該聚合物材料在受到外力破壞時(shí)弱共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵的破壞先后情況，通過(guò)不同形變的SAXS測(cè)試和UV光譜測(cè)試表明材料中非公共價(jià)鍵UPy堆疊結(jié)構(gòu)的破壞出現(xiàn)在螺吡喃變色之前。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文最后還推測(cè)了該仿生型聚合物材料力致變色行為的微觀(guān)機(jī)理。
　　總之，本文成功設(shè)計(jì)出含