刺激响应纳米碳杂化材料

碳纳米管和石墨烯是碳纳米材料的典型代表,其纳米尺度赋予了其优异的光、电、热以及机械性能。然而,这些碳纳米材料间存在较强的范德华力,导致其溶解性差,后续加工处理困难。为提高碳纳米材料的溶解性,通常利用聚合物或其它小分子物质对其进行修饰。而利用刺激响应性聚合物或化合物功能化碳纳米材料,不仅可以提高其溶解性,还可以赋予其环境刺激响应功能。本文主要综述了近年来利用温度、pH、光以及CO2响应聚合物或小分子化合物对碳纳米管和石墨烯进行共价键、非共价键修饰并赋予其环境刺激响应特性的方法、功能和相关应用,展望了修饰得到的纳米碳杂化材料的应用前景及下一步发展方向。     

刺激响应型树状分子凝胶的研究进展※

近年来, 刺激响应型超分子凝胶作为一类智能软物质材料, 在离子识别材料、自修复材料、生物材料和药物缓释等领域展现出了非常好的应用前景, 受到人们广泛关注. 树状分子是一类具有高度支化结构的大分子, 其形成的凝胶兼具有机小分子凝胶和聚合物凝胶的双重优点, 树状分子丰富的多层次支化几何结构有利于修饰不同功能基团, 从而确保各功能基团彼此独立作用而不相互干扰, 这种特性使其在构筑多功能化凝胶材料, 尤其是多重环境刺激响应型凝胶材料方面具有独特优势. 基于此, 本综述从树状分子凝胶因子设计、成凝胶机理、响应性能和响应机理等方面详细归纳了刺激响应型树状分子凝胶的研究进展. 按照刺激源不同, 主要从光响应型、氧化还原响应型、离子响应型、触变响应型和多重响应型五个方面对刺激响应树状分子凝胶进行了系统归纳总结. 最后, 基于目前刺激响应树状分子凝胶存在的一些问题对该领域未来发展进行了展望.     

CO_2响应石墨烯体系的制备及其性能研究

利用CO_2响应性的含芘聚合物(PNDV)作为分散剂,通过π-π共轭作用力成功附着在石墨烯表面,从而制得一种稳定的石墨烯分散体系。采用UV-Vis、IR、荧光光谱和透射电子显微镜对体系中石墨烯的分散性和CO_2响应性能进行表征。结果表明:PNDV可修饰在石墨烯表面,形成含芘聚合物和石墨烯的杂化体(PNDV-RGO),得到稳定均匀的石墨烯分散溶液。透射电镜显示石墨烯在体系中以单片层形式分布,最大宽度约1μm。在交替通入CO_2/N2后,PNDV-RGO杂化体表现出明显的分散/聚集现象。     

石墨烯化聚合物:一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子能源材料

近年来,用于电化学能源存储和转化的石墨烯材料,得到了研究者们越来越多的关注。但是,这些石墨烯材料不同于严格定义的单原子碳层结构,往往具有孔洞、杂原子和化学官能团等缺陷结构。由于制备方法的不同,缺陷结构各不相同,其电化学性能也表现各异。结构分析表明,这类材料是由类似石墨烯片段的单元与聚合物链共价连接而成,使其具有石墨烯和聚合物的双重特性,我们称之为石墨烯化聚合物。由小分子通过自下而上的方法制备的多孔聚合物,也可以通过进一步热交联等方法,使其形成包含石墨烯片段单元与聚合物链的化学结构。这些材料与石墨烯衍生材料一起组成了石墨烯化聚合物的整个谱系;这个谱系涵盖了由聚合物到石墨烯的过渡区。更重要的是,这类材料特殊的结构与性质,使其成为一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子材料,非常适合作为电极材料应用于电化学能源存储和转化,这为我们深入研究储能器件中电极材料的结构与性能的相关关系提供了很好的材料平台。     

石墨烯基杂化材料在微生物燃料电池电极中的应用

微生物燃料电池（MFC）是利用生物催化剂将污水有机物中的化学能直接转化为电能的技术,因其功率密度和能量转化效率低,电极制作成本高,限制了其大规模实际应用。因此如何提高电极的催化性能并降低电极制作成本成为MFC的研究重点方向。由于石墨烯基杂化材料具有良好的导电性和催化特性,因此石墨烯基杂化材料成为在MFC电极应用中的热点之一。本文综述了近年来MFC石墨烯基杂化电极材料的最新研究进展,重点讨论了改性石墨烯电极、金属及非金属/石墨烯杂化电极、金属氧化物/石墨烯杂化电极、聚合物/石墨烯杂化电极和石墨烯凝胶电极的设计思路和制备方法及其催化性能,着重分析了石墨烯基阳极和阴极杂化材料对MFC产电性能的影响。最后对石墨烯基杂化材料在MFC应用中存在的问题及研究前景进行了总结和展望。     

石墨烯/偶氮杂化材料研究进展

石墨烯作为一种新型二维平面纳米材料,表现出许多优异的物理性质.含偶氮苯的化合物和聚合物作为功能材料具有独特的光响应性质.将石墨烯的特性与偶氮材料的光响应性相结合,有望发展一类具有卓越性能的新型光电功能材料.本文总结了石墨烯/偶氮杂化材料这一研究方向的最新进展,重点介绍了杂化材料的制备、表征和光电功能性质等,并简要展望了这类材料的发展前景.     

刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展

近十几年来, 纳米科学的发展极大地推动了纳米材料在生物医用领域的应用. 聚合物纳米粒子由于其独特的性能在药物传递、医学成像等医用领域备受关注. 其中, 刺激响应型聚合物纳米粒子是一类可以在外界信号刺激下(包括pH、温度、磁场、光等)发生结构、形状、性能改变的纳米粒子. 利用这种刺激响应性可调节纳米粒子的某种宏观行为, 故而刺激响应型聚合物纳米粒子也被称为智能纳米粒子. 因为其特有的“智能性”, 刺激响应型聚合物纳米粒子的研究已成为当前生物材料领域的研究热点. 本文综述了几类重要的生物医用刺激响应型聚合物纳米粒子, 侧重介绍双重及多重刺激响应型聚合物纳米粒子的制备及其生物医学应用.     

刺激响应性聚合物微球的制备、性能及应用

作为典型的软物质材料,聚合物微球因其独特的微尺度、扩散性、渗透性及可修饰性而广泛应用于催化、药物传输、生物传感、微反应器、化学分离以及涂层材料等领域。为满足苛刻应用环境对微球的性能要求,相继出现了各类环境响应性聚合物微球。针对近年来刺激响应性微球的研究进展,本文综述了聚合物响应性微球的制备策略及形貌,以及对温度、pH、磁场、离子强度、光和CO₂敏感的响应性聚合物微球体系;并讨论了不同类型刺激响应微球的响应机理及应用,分析了其存在的不足,展望了其应用前景和发展方向。     

力刺激响应发光聚合物

具有力刺激响应发光特性的聚合物材料是刺激响应发光材料的重点研究方向,在聚合物力化学、应力检测、聚合物损伤监控、特种包装材料等领域受到了化学家和材料学家的广泛关注。这类材料通常是将具有力刺激响应发光特性的小分子作为发光力敏团,通过化学键合或物理掺杂的方式引入聚合物基体中制备得到。力刺激作用通过聚合物基体传导到发光力敏团,引起发光信号变化,实现力刺激响应发光。本文结合发光力敏团的力刺激响应发光原理和力刺激响应发光聚合物的制备方法,对力刺激响应发光聚合物进行了综述,期望对力刺激响应发光聚合物的研发设计和实际应用提供借鉴。     

石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中的应用进展

近年来有机/聚合物太阳能电池得到国内外研究者的广泛关注,但其目前较低的能量转换效率有待进一步提高以满足市场化的需求。本文综述了新型二维电子材料石墨烯及其衍生物在有机/聚合物太阳能电池的受体材料、电极材料、电荷传输材料方面的研究进展,分析了石墨烯功能化的方法以及石墨烯衍生物应用于有机太阳能电池中的性能参数,最后对石墨烯及其衍生物的合成和修饰方法进行展望,以期将来在有机太阳能电池材料中得到更好的应用。     

刺激响应型有机小分子凝胶的研究进展

智能型凝胶是近年来有机小分子凝胶的研究重点, 其中刺激响应型有机小分子智能凝胶对外界微小的物理、化学刺激, 如温度、光、pH、离子强度或电场等能够感知并在响应过程中有显著的响应行为性. 较系统地综述了刺激响应型有机小分子智能凝胶的结构特点和近年来的研究进展, 并展望了该类有机小分子智能凝胶的应用前景.     

刺激响应型功能聚合物的合成及应用

刺激响应型聚合物是一类功能性聚合物,它在药物控制释放、基因载体、纳米粒子以及纳米反应器等众多领域具有广阔的应用前景,因此引起了越来越多科学工作者的关注。刺激响应型聚合物多为双亲性聚合物,可通过自组装的方式得到形态各异的聚集体,如胶束、囊泡等。在受到某些外界环境刺激时,它们会产生特异性响应,尤其是功能性聚合物嵌段会发生相应的变化,从而引起整个聚合物结构的相转变和体积相转变。根据环境刺激种类的不同,刺激响应型聚合物可以分成不同类型,本文主要介绍了pH、温度、光、分子、电化学和手性等响应型聚合物,并概括了它们的结构特点以及不同的合成方法,简单说明了它们具有刺激响应功能的作用机理,阐述了结构与性能的联系。另外,还介绍了它们的潜在应用,并对此类聚合物的发展前景作了展望。     

刺激响应降解型聚合物水凝胶

作为一类重要的高分子材料,聚合物水凝胶由于其优良的理化性能和生物学特性而被广泛应用于生物医药领域,降解特性是其作为生物医用材料的重要性能指标。刺激响应降解型水凝胶是指在环境因素刺激下凝胶网络发生响应性断裂,进而产生凝胶-溶胶或溶胀-降解转变的一类智能高分子材料。这一响应降解特性可通过将环境敏感性断裂基团引入到聚合物凝胶网络中来实现。与水凝胶常规的水解、酶解相比,刺激响应降解因具有空间或时间上的可控特性而引起人们的广泛关注。本文重点介绍了pH响应、光响应以及氧化还原响应降解型聚合物水凝胶的设计方法、降解机理及其最新研究进展,并对刺激响应降解型水凝胶未来的研究方向进行了展望。     

基于胆汁酸的刺激响应聚合物

刺激响应聚合物是当今材料科学研究的热点之一。其在外界刺激下,自身的物理或者化学性质发生变化产生响应,在药物可控释放、生物传感器、催化、吸附分离等方面有广阔的应用。胆汁酸是天然的甾类生物分子,其分子结构中含有羟基和羧基等官能团,容易进行化学修饰,且具有双亲性和一定的刚性。在聚合物中引入胆汁酸分子,能够从结构和功能两个方面丰富刺激响应高分子的研究。一方面,胆汁酸及修饰的胆汁酸既可以作为单体直接聚合,也可以被连接到含有一定官能团的聚合物上,由此可以得到以胆汁酸作为主链、侧基、端基,以及胆汁酸作为星形聚合物的核等多种聚合物结构。另一方面,胆汁酸的引入不仅可以提高聚合物的生物相容性,有效地赋予聚合物胆汁酸结构的独特性质,而且可以用于构建具有一定刺激响应功能的组装结构,进而应用于形状记忆、手性分离、药物载体等材料中。本文综述了基于胆汁酸的刺激响应聚合物近年来的相关工作,从基于胆汁酸的刺激响应聚合物的分子设计和结构构筑出发,结合其性质和应用进行论述,也对该领域的改进和发展提出展望。     

氧化石墨烯的表面化学修饰及纳米-生物界面作用机理

由于具备独特的物理化学性质,氧化石墨烯已被广泛地应用于生命科学与人体健康等相关领域.然而,如何最大化地发挥氧化石墨烯的优势与特点,并克服其自身固有性质导致的生物不良效应,依然是当前面临的难题.为更好地了解该领域的研究现状,本文主要综述了近年来氧化石墨烯的表面化学调控和生物作用机理方面的最新研究进展.首先,简要介绍了氧化石墨烯的物理化学特性、典型的表面化学调控策略(氧化还原、羧基化、氨基化、有机小分子修饰、聚合物修饰、多肽/蛋白修饰、核酸修饰和纳米颗粒修饰),以及不同表面修饰引起的生物效应.继而,重点总结了氧化石墨烯表面修饰影响其生物效应的主要界面作用机理,包括蛋白冠形成、细胞膜损伤、膜受体作用与氧化应激损伤.最后,针对氧化石墨烯表面化学调控和生物效应与机理相关研究所面临的科学问题与挑战进行了展望.     

电致变形聚合物材料及其应用

电致变形聚合物材料(EISCP)是一类对电刺激有变形响应的材料,即在某一电场或电流的间歇或持续刺激下,该材料的形状会做出特定的变形响应,当电场或电流消失后,形状又会趋于恢复。EISCP在智能器件、人工肌肉、仿生机器人以及药物载体等领域有广泛的应用前景。本文提出将EISCP的变形机理分为电场响应型与电流响应型两大类,并进一步将两种机理细致划分。另外,从材料出发,综述了基于介电弹性体、铁电聚合物、电致液晶弹性体、电致伸缩接枝弹性体、碳纳米管复合材料、离子聚合物-金属复合材料、电致变形水凝胶、电致形状记忆聚合物及导电聚合物九种EISCP的研究进展及应用。最后,基于目前EISCP存在的一些问题(如响应速度慢、变形量小以及变形响应高度依赖"开-关"刺激等),对其发展做出了展望。     

刺激响应型聚合物刷的研究进展

本文综述了刺激响应型聚合物刷的研究进展,阐述了刺激响应型聚合物刷的分类、与基体表面的连接方式以及常规制备方法,介绍了离子强度、温度、pH值、光、溶剂等刺激响应型聚合物刷及其研究现状,并对相应的刺激响应机理进行了探讨。此外,本文还综述了多重刺激响应型聚合物刷的制备设计思路及其刺激响应特性,概述了聚合物刷在响应外界刺激后对基体的弯曲作用以及利用该作用进行可控三维自组装,并对刺激响应型聚合物刷的应用前景进行了展望。     

智能响应型超浸润材料

近年来,超浸润材料由于自身所具备的各种新颖及优异的性能受到越来越多的关注,在实际生活和工业生产领域中都发挥着举足轻重的作用。但是随着制备技术的不断进步和研究的逐渐深入,现有的单一型的超浸润材料已经不能满足现实生活的各项需求。在此基础上,可响应于外部刺激的超浸润材料,即智能响应型超浸润材料应运而生。本文首先介绍了固体表面润湿性的基础理论,然后根据外部刺激的不同,综述了温度响应型、光响应型、pH响应型和电势响应型等智能响应型超浸润材料的研究与进展,以及从微纳米尺度上揭示表面粗糙度对于达到超浸润转换的重要性,并且对各自的润湿性转换机理与性能进行了总结归纳。最后指出了智能响应型材料存在的问题,并对未来的主要研究方向进行展望。     

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.     

氧化石墨烯在仿生合成中的应用及研究

氧化石墨烯薄片的边缘含有大量的含氧功能团(如羧基等),这些官能团可以有效地与金属离子作用而成为晶体的成核位点,从而使得氧化石墨烯具备模板功能而用于仿生合成。论文综述了氧化石墨烯用作模板剂在仿生合成有机/无机杂化材料方面的应用研究进展,介绍了其基本原理,阐述了不同类型杂化材料的制备方法,并展望了石墨烯基有机/无机杂化材料的发展新趋势。