高分子的离子效应

在传统理论中,离子通常被作为点电荷处理,其对高分子性质的影响主要基于离子强度效应.然而,高分子体系中许多重要实验现象都无法简单地通过离子强度效应加以理解,这需要从超越离子强度概念的角度来考虑高分子的离子效应.本专题论述将主要讨论高分子体系中的离子特异性效应、离子氢键效应、离子亲/疏水效应以及多价离子效应.离子特异性效应普遍存在于带电高分子体系以及中性高分子体系,且可以在不同溶剂体系中观察到;离子氢键效应可被应用于调控强聚电解质刷的水化、润湿、黏附等多种性质;离子亲/疏水效应不但可以调控界面接枝聚电解质的性质,还可以调控聚电解质溶液以及聚电解质凝胶的性质;通过多价离子交联作用,多价离子效应可被应用于调控聚电解质刷以及高分子凝胶的性质.这些高分子的离子效应拓宽和加深了我们对离子与高分子间相互作用的理解,为基于不同离子效应调控高分子性能奠定了基础,并可进一步拓展至其他类型重要的离子-高分子间相互作用.     

固体核磁共振技术在高分子表征研究中的应用

基于核自旋探针的核磁共振(NMR)波谱技术可以在非常宽广的时间和空间尺度上提供重要的微观结构和动力学信息.固体NMR已成为阐明高分子中化学键变化、链间相互作用、多尺度结构与动力学演化,及其与宏观物理化学性质关系的有力工具.本文从基础原理、实验方法与技巧、典型应用与研究进展等几方面进行简要综述.在基础原理部分介绍了化学位移各向异性和偶极相互作用等检测不同尺度信息的核自旋相互作用及其实验调控方法,魔角旋转、交叉极化和多脉冲去耦等高分辨技术,以及自旋扩散测定相区结构及复杂分子运动检测方法的原理等;在实验方法与技巧上,着重仪器精确校准、关键脉冲参数设置及仪器背景信号压制等;典型应用将聚焦于天然高分子及其复合材料的结构-性能关系、水与生物大分子间相互作用、多相高分子材料的微相分离结构、高分子中氢键相互作用和导电高分子材料等问题,介绍了固体NMR技术在上述领域的最新应用与进展.     

高分子金属络合物的性能及应用进展

介绍了高分子金属络合物的种类及合成。综述了高分子金属络合物不同于低分子络合物的催化性能、电学性能、光学性能和磁性 ,以及高分子金属络合物作为催化剂、光学材料、电学材料等方面的应用进展。     

基于多酸/嵌段共聚物的刺激响应性杂化功能材料

多酸具有多种拓扑结构和优异的理化性质,在光、电、磁、催化、生物医药等领域具有广阔的应用前景,在材料制备中常通过将多酸引入到有机体系构筑杂化材料来改善其加工性能.在有机分子中,嵌段共聚物具有良好的加工性、刺激响应性以及拓扑结构所赋予的特殊的自组装性能,是非常有潜力的一类杂化材料构筑基元.将多酸和嵌段共聚物作为自组装基元构筑杂化材料,能够将二者的优点相结合,同时开发出新的性能.多酸和嵌段共聚物的杂化可以通过共价键和非共价键2种方式实现,前者稳定性好,后者灵活简单.本文着眼于通过非共价键方式构筑的杂化体系,主要介绍了杂化体系的构筑策略以及刺激响应性.     

碳纳米材料的超分子表面修饰及应用

目前碳纳米材料已经成为纳米科学研究中的热点,它的特殊结构使其具有特殊的物理化学性能,对其进行超分子修饰可以提高其分散性以及赋予其新的性能,已经引起研究人员的广泛兴趣.本文综述了近年来碳纳米材料的超分子修饰以及其应用研究.重点阐述碳纳米管和石墨烯通过不同的超分子作用,如pi-pi相互作用、疏水相互作用、氢键相互作用、静电相互作用等进行修饰制备具有不同功能的超分子碳纳米材料,以及在光电材料、药物和基因传输以及化学生物传感器等领域的应用.     

高分子材料图案记忆表面

微纳米图案赋予了材料表面独特的光学、电学、声学、力学以及生物学等特性,其中具有动态变化形貌的表面图案能够实现对材料表面性能原位实时调控,可用于构建智能表面.能够改变临时拓扑形貌并在外界刺激下恢复初始状态的一类动态表面材料称为图案记忆表面(pattern memory surface, PMS).PMS在浸润性调节、智能显示、电子器件和信息安全等多个领域具有重要的应用前景,涉及化学、物理、材料和生物多个学科交叉领域,是智能材料研究热点之一.然而,由于基底材料对高分子链在微观尺度上的运动具有束缚作用,如何构筑动态可调的拓扑形貌记忆表面一直是该领域面临的难题.基于此,本专论试图定义高分子材料图案记忆表面特征,并总结PMS有关研究的新进展.重点讨论基于褶皱图案构建PMS的优势,进而介绍了PMS作为智能材料在动态光栅、防伪、反射式显示、细胞培养等领域的应用,同时展望PMS的发展前景.     

储能薄膜电容器介电高分子材料

高功率密度、高充放电效率以及超长使用寿命等特点是聚合物薄膜电容器能够广泛应用于电动汽车、智能电网等各类电子电气领域中的重要原因。其中,介电高分子材料因其质轻、击穿强度高、易大规模加工等优点赋予了薄膜电容器更多的可能性。但同时,介电高分子的介电常数普遍较低,导致所制备的电容器能量密度偏低因而不能更好地适应设备小型化轻型化的要求。本文概述了电介质以及薄膜电容器的基本原理以及性能参数,着重介绍了以储能为主要研究方向的介电高分子材料,主要包括聚合物基纳米复合介电高分子、偶极玻璃聚合物、交联型介电高分子以及多组分全有机介电高分子。最后对介电高分子在制备性能优异的储能电容器过程中面临的多重挑战和潜在机遇进行了总结。     

含聚乙二醇柔性间隔段的主链型液晶聚酯的合成

分子结构与液晶行为间的关系是液晶性高分子物理问题研究的核心,通常的液晶性高分子中除液晶性基元外还引入一些相对来说很柔顺的链段,称作柔性间隔段．这是因为人们认识到高分子的液晶行为不只决定于液晶性基元的结构,也受到这些基元间以及基元和间隔段间相互作用的影...     

层状仿生高分子纳米复合材料

自然界中,鲍鱼壳具有有机-无机多级次层状结构以及大量的复合界面作用,力学性能优异。这一独特的层状结构主要由霰石碳酸钙片层构成,并通过体积分数约为5%的生物高分子在层间进行粘合。受鲍鱼壳这一微观结构的启发,我们利用不同的基元材料如纳米蒙脱土、碳纳米管以及氧化石墨烯等构筑仿鲍鱼壳层状结构,并结合多种界面设计,实现不同界面、不同基元材料之间的协同作用,得到了力学性能优异的高分子纳米复合材料。仿生高分子纳米复合材料的成功制备,为今后的研究提供了崭新的思路,拓宽了高分子纳米复合材料的应用前景。     

基于壳聚糖的纳米药物传递体系

壳聚糖作为天然高分子材料,不仅安全无毒、而且具有良好的生物相容性、可生物降解性等优点,在药物传递领域作为纳米载体倍受关注。壳聚糖基纳米载体材料制备条件简单温和,近年来,其相关研究也颇为新颖。本文以载体形成的驱动力作为切入点,从共价交联、离子相互作用、聚电解质络合物和疏水改性四个方面,总结不同种类壳聚糖基纳米载体的构筑方法,同时介绍该载体对药物传递中载药量、载药率、释放行为以及细胞毒性等方面的影响,在此基础上展望其未来的应用前景。     

超分子和高分子自组装的动力学模拟研究

超分子和高分子的自组装是发展新型高性能材料的有力手段.通过自组装构筑多级有序结构,从而显著提高材料的力学、光学或电学性能,是化学和材料科学研究的前沿.然而精确调控自组装需要深入理解范德华、氢键、静电、主客体复合和π-π等相互作用以及动力学机理所扮演的角色.计算机模拟,尤其是分子动力学模拟,为研究自组装结构和演化过程提供了独一无二的手段.本文主要阐述超分子和高分子的多尺度模型和动力学模拟方法,讨论不同模拟方法的特点、适用范围和优势;进一步简述我们发展的定制模型和方法,以及同时提高模型精度和计算效率方面采取的策略.通过总结应用这些方法对超分子和高分子自组装开展的研究工作所取得的进展,为进一步发展自组装动力学模拟方法提供参考.     

光响应性高分子的合成与应用

近年来,关于刺激响应性高分子尤其是光响应性功能高分子的合成及应用备受关注.相比于其他刺激源(pH、温度等),光刺激有光源波长可调节、可远程操控等优点,这使得光响应性高分子具有独特的优点.本文综述了近阶段光响应性高分子合成,包括聚合后修饰法、含感光基元单体的自由基聚合和缩聚等,光响应性功能高分子的光响应机制,以及光响应性高分子在光控药物释放、光电器件、生物传感等领域的应用.     

结构敏感功能材料的基础研究

结构敏感功能材料是其功能对原子的空间排列变化敏感的材料。通过对结构敏感功能材料的研究, 归纳和总结化合物的物理化学性质与原子的空间排列以及电子结构之间的内在规律, 结合物理化学性能测试和理论计算, 逐步推导出功能基元和数学关系式, 以形成功能基元理论, 为开发新型功能材料提供理论基础。本文以碳原子不同的空间排列形式而展现出显著差异的物理化学性质为引子, 阐述光学、电学和磁学性能对结构的敏感性, 并讨论理论计算在该学科中的应用。     

石墨烯/高分子复合薄膜的制备及应用

石墨烯是一种单原子厚度的二维碳纳米材料,具有优异的光、电、热和力学性能,以及巨大的比表面积.石墨烯与高分子之间能够通过共价或非共价作用(氢键、π-π作用、静电作用等)进行复合.这些相互作用既增加了石墨烯在高分子中的溶解性或分散性,也可以提高复合材料的性能或拓展其功能.目前常用的制备石墨烯高分子复合材料的方法有溶液混合、熔融共混和原位聚合等.该类复合材料可以通过蒸发溶剂、溶液涂覆、真空抽滤、层层自组装等途径加工成相应的复合膜.石墨烯高分子复合薄膜在制备高强度结构材料、超级电容器、光伏器件、锂离子电池负极材料以及传感器等方面具有重要的应用价值.本文综述了近年来石墨烯高分子复合薄膜的制备和应用方面的研究进展,并对该领域进行了展望.     

侧基甲壳效应和甲壳型液晶高分子

侧链液晶高分子体系里,液晶基元可以通过尾接或腰接的方式与主链相连.一般认为,在液晶基元与主链间插入一段长度合适的＂柔性间隔基＂可有效实现主、侧链间的动力学去偶合,从而有利于侧基液晶基元之间的有序排列.作为一类特殊的腰接型侧链液晶高分子,甲壳型液晶高分子中体积较大的侧基（如棒状液晶基元）通过非常短的间隔基或仅通过一个碳-碳键直接横挂至主链上,这导致了强烈的甲壳效应,使得主链被迫伸展.因此,可从与＂柔性间隔基＂完全不同的角度出发,充分利用主链和侧基间的偶合作用,设计甲壳型液晶高分子.本文综述了腰接型侧链液晶高分子中的侧基甲壳效应、甲壳型液晶高分子中由主链与侧基相互作用所导致的特殊构象以及液晶相结构.研究表明,侧基甲壳效应在调控甲壳型液晶高分子的形状、尺寸以及螺旋结构等方面有重要作用.甲壳型液晶高分子可作为刚-柔嵌段共聚物的刚性链段,也可作为主/侧链结合型液晶高分子的主链部分参与到多层次分级超分子有序结构的构筑之中.     

侧链聚硅氧烷液晶高分子的合成与表征及应用研究

液晶高分子既具有独特的液晶性 ,又具有高分子的良好材料性能 ,引起了人们的广泛注意[1～ 9] .侧链液晶高分子大多可以作为功能材料 ,对它们的研究有很大的理论与现实意义 .以往报道的此类化合物的介晶基元大多是通过烷氧基与间隔基相连[10 ] .我们以催化活性很高的铂络和物为催化剂 ,通过硅氢加成反应制备了间隔基与介晶基元通过酰氧基相连的两种侧链聚硅氧烷液晶高分子 ,并对它们的性质进行了初步表征 .发现它们具有很好的液晶性 .已有研究表明侧链聚硅氧烷液晶在气相色谱分离结构近似的物质方面 ,具有易涂渍、选择性及热稳定性优于低分子…     

光致发光聚酰亚胺研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能高分子材料,具有优异的热性能、机械性能、电学性能和尺寸稳定性等,同时具有良好的结构可设计性,已逐渐成为有机光电领域的研究热点.然而,传统聚酰亚胺材料一般不发光,文献中有关发光聚酰亚胺的研究并不多.同时,所报道的荧光量子产率普遍较低,极大地限制了其作为发光功能层在有机光电器件领域的应用.为了更好地了解聚酰亚胺发光的规律,拓展高性能聚酰亚胺材料在有机发光器件中的应用领域,本文介绍了聚酰亚胺光致发光的机理,综述了国内外有关光致发光聚酰亚胺的研究进展,总结了提高聚酰亚胺荧光量子产率的方法,并对未来高性能高效发光聚酰亚胺材料的研究方向做了展望.     

高分子发光材料研究进展

高分子发光材料具有可溶液加工的特点,适于制备低成本、大面积发光器件,在平板显示和固体照明领域具有潜在的应用前景.近年来,高分子发光材料在发光机制、材料体系和器件性能等方面均取得了重要进展,各项性能得到了大幅度提升.本文从材料和器件角度,围绕高分子荧光材料、高分子磷光材料和高分子热活化延迟荧光材料的分子设计策略,总结和评述了高分子荧光材料的颜色调控和效率提升途径,高分子磷光材料的磷光掺杂剂、高分子主体、拓扑结构等因素对发光性能的影响规律,以及高分子热活化延迟荧光材料的设计原理和典型材料体系.同时,分析了高分子发光材料未来发展面临的机遇和挑战.     

锂离子电池高电压正极粘结剂的研究进展

锂离子电池在高电压下会导致严重的电解液分解以及不稳定的正极与电解质界面问题,严重制约高电压正极材料的商业化.粘结剂不仅可以将正极活性材料和导电炭紧密粘结在集流体上,还对构建电解质与正极之间的多尺度相容性界面起积极作用,因此,粘结剂的优化可以有效解决上述难题.本文提出了高电压锂离子电池正极粘结剂需具备的必要条件,如:粘结性能和机械性能优异,具有出色的电化学稳定性和热力学稳定性以及良好的离子和电子传输能力等.综述了近些年来高电压正极粘结剂的研究及发展现状,通过天然粘结剂和合成粘结剂对目前已报道的高电压粘结剂进行了评述,介绍了各种粘结剂对电极的粘结性能和包覆以及对锂离子电池性能的影响机制,重点阐述了粘结剂分子结构中的极性基团与活性物质间的相互作用,如氢键和离子-偶极相互作用,并讨论了设计开发高电压正极粘结剂的途径以及展望了高电压正极粘结剂的发展前景.     

基于冠醚和柱芳烃主客体识别的超分子聚合物材料

超分子聚合物材料是高分子科学、超分子化学和材料科学3个学科相结合的产物.通过精妙的设计,我们不仅可以赋予它传统高分子材料所拥有的光学、电学以及力学等性能,同时还可以使其具有超分子材料的动态可逆性和刺激响应性.已用于构筑超分子聚合物材料的主客体识别体系有很多,从识别体系中的主体来说,包括基于冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃等大环的主客体体系.其中,冠醚作为第一代大环主体,它的模板合成直接开辟了超分子化学这一领域,而柱芳烃是最近发展起来的一类新的大环主体,它具有刚性的骨架,并且制备简单,容易功能化,同样也受到超分子化学家们的广泛关注.本文着重综述了我们课题组基于冠醚和柱芳烃主客体识别所构筑的超分子聚合物材料.在这些材料的制备中,我们利用了主客体识别的刺激响应性、可逆性和选择性,来实现对这类材料的组装结构以及功能的精确调控.