分子链构象变化对高分子液晶相行为的影响

聚肽高分子溶解在含有机酸的有机溶剂中可以在室温条件下形成液晶．随着温度的下降,体系中的酸分子会引起聚肽分子链发生由刚性螺旋结构向柔性无规线团结构的构象转变．这种转变将导致一个由液晶态向非液晶态的相变．在Ｆｌｏｒｙ格子理论和Ｚｉｍｍ Ｂｒａｇｇ理论的基础上,作者已提出了有关这一现象的理论解释,并通过引入一个与温度有关的库恩链长径比ｘｋ,使理论进一步完善,更切实际地解释聚肽液晶的相行为．此外,还讨论了不同分子刚柔性,不同高分子 溶剂作用系数χ对液晶相行为的影响,以及研究了聚肽液晶的有序参数．     

对称柔性-半刚性-柔性三嵌段共聚物自组装行为

基于蠕虫状链模型和高斯链模型的自洽场理论研究了对称柔性-半刚性-柔性三嵌段共聚物在二维空间中的相行为. 在设定的计算参数下得到了多种该体系的热力学平衡态相结构, 包括各向同性Isotropic相、 各向异性Nematic相、 层状Smectic-C相、 四角柱状相、 斜交型冰球状相、 断层型冰球状相和稻粒状结构. 与刚-柔两嵌段共聚物相比, 对称柔性-半刚性-柔性三嵌段共聚物更容易形成Smectic-C相. 在柱状相结构中, 在柔性嵌段的牵伸作用下半刚性嵌段在液晶相区中相互穿插, 从而形成菱形和长方形液晶相区. 当取向相互作用较强时, 半刚性嵌段沿长方形液晶相区的短边方向出现2次折叠. 为进一步探索高分子折叠现象产生的原因以及液晶成核机理奠定了理论基础.     

聚类肽高分子材料及其结构与性能的研究

聚类肽又称为氮取代聚甘氨酸(N-聚甘氨酸),是一类具有优良生物相容性以及生物活性的可降解高分子材料.由于酰胺键的活泼氢被取代,聚类肽主链结构中消除了聚肽固有的多重氢键相互作用,其主链柔性较好,聚合物性质主要由侧链基团的种类及其物理化学性质决定.基于这种链结构特征,可以通过设计不同的侧基结构,有效地调节聚类肽高分子的热力学性能、降解性能和自组装行为等物理化学性质.合成聚类肽的方法主要有2种——开环聚合和固相合成.本文主要介绍了聚类肽高分子的本体与溶液自组装行为,系统阐明了如何通过调控聚类肽高分子的侧链结构,研究链结构与自组装行为之间的相互关系,进一步构筑具有独特相分离行为以及自组装结构的新型生物高分子,同时探讨了这些材料在生物医用和能源等领域的潜在应用.     

Flory状态方程理论研究PS/PMMA/SAN相行为

将改进的Flory状态方程理论(EOS)引入含“分子内链段排斥性相互作用”的高分子共混物中,研究含无规共聚物的三元共混体系聚苯乙烯(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚苯乙烯-丙烯腈(SAN)无规共聚物的相行为,建立相应的适用于含无规共聚物三元共混体系Spinodal方程.用PS、PMMA、PAN的特征参数及其链段间相互作用参数分别计算相应共聚物的特征参数,由二元相互作用模型计算均聚物-共聚物间的相互作用能参数.在运用EOS理论研究三元均聚物共混体系相行为基础上,进一步预测PS/PMMA/SAN体系的相行为,计算并绘制不同温度下的Spinodal曲线并进行实验验证,理论计算与实验结果吻合.结果表明,EOS理论可以克服经典平均场理论的缺陷,成功描述含分子内排斥作用共混体系相行为与共聚物组成及温度之间的关系.     

柔性高分子/液晶体系的相平衡理论

在Flory-HugginS柔性高分子溶液理论和Lebwohl-Lasher液晶模型的基础上;导出了柔性高分子/液晶复合体系的混合自由能和化学位,并计算了相应的相图。计算结果表明,体系可出现各向同性相(Ⅰ)和各向同性相(Ⅰ),以及各向同性相(Ⅰ)和向列相(N)间的相平衡。并且发现,高分子链段与液晶分子间的各向同性相互作用对I/N的相平衡有重要影响。与实验结果的比较表明,本理论能完整、正确地描述高分子/液晶体系的相平衡。     

嵌段共聚物增容剂对不相容均聚物共混体系相行为和界面性质的影响

聚合物共混体系(又称聚合物合金)兼具其相应组分的均聚物和共聚物的多种特征,甚至具有新的理想性能,从而成为了一种具有极高经济价值的新材料.该材料的研发极大地丰富了高分子物理学、高分子化学和材料学的研究内容,拓宽了聚合物材料在现代工业中的应用,同时把聚合物材料研究推向了交叉科学的前沿.均聚物/嵌段共聚物/均聚物体系作为经典的三元聚合物共混体系,对其进行深入地研究,不仅可以促进人们对高分子科学中重要问题的理解,而且可为新型嵌段共聚物增容剂的改良和设计提供理论依据.近年来,有关聚合物共混体系的实验、理论和计算机模拟工作很多,并且取得了较大的进展,但是相关综述较少.本文以均聚物/嵌段共聚物/均聚物体系为例,综述该领域的基本概念和发展历史,并着重介绍两嵌段共聚物增容剂对该三元共混体系相行为和界面性质的影响.此外,还介绍了这一领域的关键科学问题、发展前景和研究方向.     

一种侧链液晶高分子的合成与表征

合成了一种主链为甲基丙烯酸酯 ,侧链是三个苯环以酯键相连的介晶基元 ,柔性间隔段为两个亚甲基的新的侧链液晶高分子 .聚合物和单体的化学结构、液晶相转变和液晶态织构采用红外光谱、核磁共振、偏光显微镜、差热分析和广角X光衍射进行了表征 .研究表明 ,单体呈现近晶相和向列相两个液晶相 ,聚合物在很宽的温度范围内呈向列相 .该单体和聚合物在一定条件下可形成固化诱导条带织构     

序列嵌段共聚酯液晶高分子相转变动力学及机理研究

用DSC、PLM、WAXD等方法研究了序列嵌段共聚酯液晶高分子的结晶动力学及相转变机理.结果表明,从各向同性相温度(T_i)结晶经历了中介相阶段,从中介相温度(T_N)和从T_i温度结晶的结晶机理均为取向链段的聚集成核及低维生长,Avrami指数都接近2.两种结晶途径均形成了不同完善程度的结晶形态.柔性嵌段PTHF含量对试样的液晶行为和结晶行为有很大影响,PTHF含量在20％左右向列型中介相表现出高取向,易成核的特性.     

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.     

聚十三烷二酸对偶氮氧苯酚酯的合成及液晶态性质

本文用十三烷二酸和对偶氮氧苯酚合成了具有长链柔性单元的聚十三烷二酸对偶氮氧苯酚酯。用各种方法对其液晶态性质进行了表征和研究,并与结构相似的液晶聚合物聚十二烷二酸对偶氮氧苯酚酯及聚十三烷二酸2,2′-二甲基对偶氮氧苯酚酯进行了比较,用实验数据阐明了产生相转变奇偶效应的主要原因。并由热分析数据从又一方面证实了Flory关于液晶态中各向异性相与各向同性相共存的观点。     

聚甲基丙烯酸胆甾醇酯共聚物的合成、结构与性能研究 Ⅳ.PMACE的相态转变及光学性质

Finkelmann和等人对侧链胆甾型高分子液晶的研究表明,将具有液晶功能的低分子基团,经过一个软段连接到柔性高分子主链上的梳型高分子在一定的温度下可以形成液晶态,调节侧链高分子液晶的分子结构、软段长度,可以改变其相态转变温度及微区形态。前已报导具有不同侧链结构的聚甲基丙烯酸胆甾醇酯共聚物的合成、相态转变及光学性质,本文通过对聚甲基丙烯酸胆甾醇乙烯酯共聚物(PMACE)的液晶态及结晶态的微细结构及相态转变与胆甾侧链含量关系的研究,给出了液晶态的形成条件及结构特征。     

用环氧乙烷低聚物为柔性间隔的手性侧链液晶高分子的合成

本文用乙氧基做为主链与侧链的柔性间隔，合成了手性侧链液晶高分子．通过ＤＳＣ，热台偏光显微镜及Ｘ－衍射等手段，研究了柔性间隔链长对液晶行为的影响．结果表明，这类液晶高分子有较宽的相变温度范围．聚合物的相变温度及液晶态的形成与柔性间隔链长有关．     

聚(乙烯基对苯二甲酸二烷基酯)的非寻常相转变

以聚(乙烯基对苯二甲酸二烷基酯)(PDAVT)为对象,用热分析、X射线衍射、流变及固体核磁共振等方法考察了甲壳型液晶高分子中存在的"低温无序、高温有序"的非寻常相行为.实验证明,在升温过程中,烷基基团为丁基、己基和辛基的PDAVT(P4、P6和P8)可从无定形态发育出柱状(Col)液晶相,导致在高温区体系模量升高.降温时P6和P8可完全回到无定形态,表现出典型的"各向同性相重入"行为.PDAVT液晶相畴的生长具有一维生长的特点,是成核控制的,升高温度可加快Col相的形成.固体核磁共振实验表明,样品从无定形态转变为Col相的过程与侧链运动性的不断加强有密切关系.我们也初步探索了剪切场或拉伸场对液晶转变的影响,发现当温度不高时,剪切或拉伸既不改变液晶转变温度,也没有提高液晶态样品的液晶化程度.综合分析多方面的实验结果可以看出,PDAVT的非寻常相行为是熵主导的.侧链的加速运动会增强"甲壳效应",Col相是侧链熵最大化的结果.     

手征性侧链液晶高分子取向结构的研究

用偏光显微镜,红外二色性和Ｘ 射线衍射研究了一种手征性侧链液晶高分子的相态织构和弛豫行为．偏光显微镜观察这种侧链液晶高分子冻结取向液晶态薄膜时,可观察到与剪切方向垂直的明暗相间的条带织构．红外二向色性的结果表明,取向态中侧链上的介晶基元倾向于与剪切方向垂直排列．取向和非取向膜的Ｘ射线衍射揭示了该侧链液晶高分子具有反铁电性液晶的两套反相螺旋结构．取向薄膜在液晶态的弛豫行为表明,取向作用能促进侧链高分子近晶相层状结构的生长,而且介晶基元的取向在弛豫过程中能保持下来．     

糖聚肽高分子的合成、自组装及生物医学应用

糖聚肽高分子是一类由聚肽(也称聚氨基酸)和糖类化合物(包括单糖、寡糖和多糖)构成的生物可降解高分子.糖聚肽高分子具有与天然糖蛋白分子类似的化学组成,能够在一定程度上模拟天然糖蛋白的结构和性能,近年来引起了学术界的广泛研究兴趣.本文总结了糖聚肽高分子的合成方法及其在水溶液中的自组装行为,并着重评述了糖聚肽高分子在生物分子识别、靶向基因/药物传输和组织工程支架等生物医学领域中的应用.     

响应性交联液晶高分子仿生致动器的研究进展

交联液晶高分子兼具液晶取向有序性和交联聚合物熵弹性等特点,能够以动态可调节和可逆的方式来模仿生物体的行为,在仿生器件、柔性机器人、智能表面、生物医药等领域具有良好的应用前景.本综述总结了近几年智能响应性交联液晶高分子在仿生致动器方面的研究进展,从响应性交联液晶高分子的结构和驱动机理出发,讨论了响应性交联液晶高分子的合成工艺、制备技术和成型方法,以及响应性交联液晶高分子对光、热、磁、湿度的响应.此外,介绍了响应性交联液晶高分子致动器在柔性机器人、人工肌肉、微流体运输等领域的应用.最后,对响应性交联液晶高分子的发展前景进行了展望.这项工作主要讨论了响应性交联液晶高分子,旨在为具有新颖功能和更有挑战性的智能微型致动器提供新的设计思路.     

含蒽刚柔三嵌段低聚物的合成及自组装

通过Sonogashira偶联等反应,合成了2种含蒽的三嵌段十字型化合物1和2;通过1H NMR和基质辅助激光解吸电离时间飞行质谱(MALDI-TOF MS)对其结构进行了表征.利用差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)及小角X射线散射实验(SAXS)对2种化合物的本体自组装行为进行了研究.结果表明,在本体状态下,连接聚环氧乙烷(PEO)作为柔性链的化合物在液晶中间相自组装成倾斜柱状相和向列相,以烷基链为柔性链的化合物未形成液晶相,在固态相是层状结构.     

柔性高分子/液晶体系的相分离

从分子场理论出发,推导出了spinodal方程和浓度效应引起的各向同性-各向异性转变方程.计算结果表明,在柔性高分子/小分子液晶的相图上除了具有经典的各向同性spinodal线以外,还存在鲜为报道的各向异性spinodal线,这两种不同的spinodal线通过各向同性-各向异性转变线连接在一起.在柔性高分子/小分子液晶的相图的不同区域中将会发生不同的相分离机理.这一体系的相平衡线不一定与spinodal线会聚于临界点.这些结果有助于我们深入了解高分子/液晶体系与一般高分子/溶剂或高分子/高分子体系不同的特殊性质,从而达到控制材料的结构与性能的目的.     

含X-型和棒型两种液晶基元的主链型系列芳族共聚酯的研究

采用含X-型和棒型液晶基元的两种不同单体,通过改变X-型液晶基元单体的结构和柔性链段长度,经高温溶液缩聚,合成了一系列主链型共聚液晶高分子.研究发现,所有样品都具有很好的热致液晶性及宽广的液晶态温度范围.随单体结构改变,共聚物的相转变温度大致呈规律性变化.     

聚吡咯衍生物的合成及液晶性能

系统论述了新型导电功能性液晶聚合物3-和N-液晶基元取代聚吡咯的合成和液晶行为。指出通过化学氧化聚合、电化学氧化聚合和脱卤缩合聚合可以获得液晶性聚吡咯衍生物。它们均显示热致液晶行为，且多数呈现近晶液晶相，少数呈现向列液晶相，有些具有2种近晶相，有些具有单变液晶性。N-液晶基元取代聚吡咯比3-位取代聚吡咯具有较高的液晶稳定性。较长的亚甲基间隔和极性的介晶基团能够使N-取代聚吡咯具有较大的液晶微区和稳定的液晶相。N-取代液晶聚吡咯在摩擦力的作用下还可以诱发单轴取向。这种热致液晶性聚吡咯衍生物的研究成功有希望克服聚吡咯难以成型加工的巨大障碍。