氢键交联超分子聚合物材料：从结构性能到功能应用

高分子材料的大量消耗与持续积累已经在全球范围内造成了严重的环境污染与资源浪费.发展可修复、可循环、可降解和可回收的新一代高分子材料是解决上述挑战的根本途径.基于动态可逆的非共价键将聚合物链段进行交联可以有效地构建这些材料.本专论系统总结了我们课题组在氢键交联超分子聚合物材料方面的系列研究进展.基于多重氢键的协同性与动态性、氢键与动态共价键的协同,以及材料微相结构的调控,发展了系列兼具高强度与高韧性的超分子聚合物材料,实现了材料的修复、循环、降解与回收;不仅突破了非共价交联高分子材料力学性能弱的瓶颈,而且化解了高分子材料强度与韧性的矛盾.相关研究为发展传统高分子材料的可持续替代品提供了新的思路.同时,发展了系列基于氢键交联的功能超分子聚合物材料,展示了其在柔性电子、固态锂电池及水下黏合剂等方面的应用.     

共轭高分子的精准合成

共轭高分子由于带隙容易调控、柔性、可溶液加工等优异性能，在有机光电领域具有重要的应用前景.然而，聚合物普遍存在批次重现性差、结构缺陷多等问题，限制了聚合物的应用及发展.本文总结了聚合物的结构缺陷，通过回顾本课题组以及国内外同行近几年的前沿工作，详细分析了共轭高分子材料均聚结构缺陷产生的原因和机理，同时介绍了目前较为常用的表征结构缺陷的方法，以及此类缺陷对器件性能的影响.另外，还分析了当前3种合成共轭高分子材料的经典方法：Stille、Suzuki和直接芳基化聚合反应，介绍了这些方法在聚合物精准合成方面的前瞻性方法学的最新成果，并对本领域的发展进行了展望.     

反应性挤出加工制备无卤阻燃高分子材料

聚合物反应性加工集聚合物加工与化学反应为一体,以聚合物加工装置为反应器,通过聚合物加工过程中的化学反应形成新物质和新结构,实现高分子材料的高性能化和功能化,是高分子材料科学的研究前沿之一.本文简要介绍了我们研究小组近年来采用反应性挤出加工制备高性能无卤阻燃高分子材料方面的研究进展.利用反应性挤出加工剪切力强、温度可控以及易于传质传热的特点实现了常规方法难以合成的高黏阻燃剂三聚氰胺磷酸盐季戊四醇酯（MPP）和三聚氰胺氰尿酸（MCA）的高效合成,制备了综合性能优良的聚丙烯/MPP、尼龙6/MCA等无卤阻燃高分子材料.研究所涉及的化学和物理方法,为聚合物无卤阻燃提供了高效、经济、环保和易于工业化的新技术,并拓宽了聚合物反应性加工的应用领域.     

高分子基导电复合材料气敏响应机理研究

高分子基气敏导电材料是近年来发展起来的一种新型功能高分子复合材料.本文介绍了以炭黑(CB)为导电填充剂的复合传感材料的气敏响应机理的体积膨胀模型、结晶模型和氢键模型,并讨论了逾渗阀值、CB及聚合物微观结构与性能、以及CB与聚合物和溶剂三者之间相互作用等因素对该类材料气敏响应性的影响.     

聚合物固体电解质研究进展

本文概述近十几年来聚合物固体电解质材料开发研究的状况,包括线型高分子、为改进性能而发展起来的枝型、梳型及交联型高分子,并对高分子与金属盐络合的离子聚合物结构和性能作了描述。阐述了高分子固体电解质的导电行为、导电模型及导电机理。对聚合物固体电解质的各种应用作了介绍并简要讨论了高分子固体电解质的发展趋向及前景。     

高分子材料支化结构与流变性的联系串讲北大核心CSCD

高分子链结构为直链型或支化型以及高分子支链的形态、多寡和长度对材料的剪切黏度、黏流活化能、熔体破裂现象等流变性能有显著影响,且与高分子材料成型加工行为密不可分。本文以串讲方式讨论了高分子材料支化结构与流变性能之间的联系。理解、串并、归纳和总结高分子支化结构与流变性之间的联系有利于使学生更加深刻领会《聚合物流变学》课程中高分子材料结构与性能间的关系,串联高分子物理、聚合物流变学、高分子材料成型加工系列专业课程知识。     

聚合物限域和预有序熔体的结晶行为及结构调控

高分子物理领域的挑战性难题之一是调控高分子的结晶行为.高分子结构具有多尺度的特点,且易受到各种本征因素以及加工过程中引入的外场与受限作用的影响.高分子的结晶过程复杂多变,为避免最终产品性能的良莠不齐,促进高分子材料的实际生产和应用,需要建立高分子结构与性能的直接关系并实现对高分子结晶结构的精细化调控.本文以几种典型高分子为例,重点阐述了我们课题组在有关薄膜和纳米孔道构筑的限域空间与分子链预有序熔体对高分子结晶行为的影响、相关结晶结构调控机制以及结构-性能关系等方面的研究工作,阐明了聚合物多层次结构调控领域存在的科学问题,并展望了其未来发展方向.     

高分子材料支化结构与流变性的联系串讲

高分子链结构为直链型或支化型以及高分子支链的形态、多寡和长度对材料的剪切黏度、黏流活化能、熔体破裂现象等流变性能有显著影响,且与高分子材料成型加工行为密不可分。本文以串讲方式讨论了高分子材料支化结构与流变性能之间的联系。理解、串并、归纳和总结高分子支化结构与流变性之间的联系有利于使学生更加深刻领会《聚合物流变学》课程中高分子材料结构与性能间的关系,串联高分子物理、聚合物流变学、高分子材料成型加工系列专业课程知识。     

药用高分子材料亲水性修饰的研究进展

高分子材料在药物制剂和制药工艺上具有广泛的应用价值。新型制剂的研发与药用高分子材料的性能密切相关,特别是高分子胶束等两亲性高分子材料的使用尤为广泛,也是高分子材料当今研究的热点。本文着重对常见药用高分子材料亲水性修饰的亲水片段进行了概括总结。根据亲水片段的大小,分为小分子修饰、水溶性聚合物修饰以及水溶性高分子修饰三个部分,对药用高分子材料亲水修饰的修饰剂和修饰产物的性质特点、修饰方法以及其中的优势和不足尽可能的进行了综述,并对此进行了讨论和展望,以期能够给同行们提供参考并共讨论。     

聚合物反应加工过程中的原位合金化

用反应加工方法将具有不同性能的高分子材料通过共价键或离子键组装在一起,制备具有各共混组分优良性能的新型高分子合金材料,是当前高分子材料科学发展较快的领域之一.本文分别就聚合物/聚合物共混体系和聚合物/可聚合性单体共混体系原位合金化问题进行了讨论,简要概括了国内外该领域研究取得的最新成果.     

同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜研究

利用二维编织技术将聚丙烯腈(PAN)纤维编织成中空编织管,以聚丙烯腈为成膜聚合物,以聚乙二醇为成孔剂,配制铸膜液,采用同心圆纺丝法制备同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜.研究结果表明,所得同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜的表面分离层具有类似于非对称膜的结构,铸膜液可渗入编织管纤维束中;随着编织管编织节距的增大,同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜表面分离层厚度减小,同时膜的平均孔径增大,膜的纯水通量随之增大;铸膜液渗入编织管纤维束的现象未影响膜的通透性能;编织管的断裂强度最大可达100 MPa以上.通过水浴振荡、超声波水浴振荡及等力拉伸3种方法测试了同质编织管增强型中空纤维膜和异质编织管增强型中空纤维膜中编织管与表面分离层之间的界面结合性能,结果表明前者的界面结合性能优于后者.     

共轭高分子材料荧光颜色的调节机理及方法

近年来,共轭高分子作为荧光材料的研究受到越来越多的关注.共轭高分子相对于小分子发光材料在材料加工和发光性能上均具有极大的优势,从而在生物成像、传感、编码和光电材料等方面均有良好的应用前景,而其发光颜色的调节在某些应用中是极为重要的.本文首先对共轭高分子荧光颜色调节的两大类机理进行了阐述:直接调节共轭聚合物发光体系的能隙以改变发光颜色,或者将具有不同荧光颜色的材料发出的光叠加获得新的表观颜色.我们还对具体的调节手段进行了初步分类,包括物理共混法、共聚法、改变聚合物主链或侧基结构,以及改变共轭高分子聚集态等方法;在列举具体调节手段同时还引入了共轭高分子体系的实例说明,并对其中调节荧光颜色的可能机理进行了探讨.     

基于Bergman环化反应的高分子合成方法

高分子合成化学是高分子科学的基础,高效的聚合反应是合成高分子材料的关键.Bergman环化反应是一种可以形成芳香双自由基活性物质的化学过程.芳基双自由基可以快速偶联形成聚芳烃,为此类聚合物的合成提供简洁的方法.本文系统地介绍了Bergman环化反应进入高分子科学后的发展轨迹,阐述了我们研究组利用该反应的原位聚合机制以及不需要催化剂不产生副产物的特点,在明确该反应的聚合反应机理的基础上,建立了线形聚合物、聚合物粒子、面形聚合物等具有多种特殊拓扑结构形貌以及功能的聚合物纳米材料的工作.最后,对Bergman环化反应中尚存在的问题进行总结并对其未来在高分子科学中的发展予以展望.     

高压下聚合物及其复合体系的结构与性能研究进展

随着科学技术的进步,材料科学有了很大的发展,其中高分子材料的发展应用尤为迅速。许多高分子材料在新的环境下结构与性能之间的关系都有待于研究。因此,了解它们在一些极端条件下（如高温高压、低温低压等）,结构与性能之间的变化规律是十分必要的。高压对聚合物材料的结构与性能有较大的影响。国内外学者主要对聚烯烃、聚酯、聚酰胺等聚合物及其复合体系的高压结晶和高压退火行为进行了一系列研究工作。本文介绍了这一领域的研究概况和最新进展。     

高分子立构复合结晶的研究进展

立构复合结晶是高分子结晶中的一种普遍现象,也是不同高分子之间共结晶的特殊形式.互为立体异构高分子在共混物和立体嵌段共聚物中可形成立构复合结晶.由于这种独特的链凝聚结构,立构复合结晶材料与相应的同质结晶材料的性能显著不同,立构复合结晶通常可提高高分子材料的熔点、耐热性、结晶能力、结晶度、机械力学性能、耐溶剂性能等.通过立构复合结晶,可使一些非晶或难结晶的高分子转变为可结晶或高结晶度的状态,从而实现材料性能的转变.因此,互为立体异构高分子之间的立构复合结晶为聚合物材料的性能优化和调控提供了有效的途径.文献已报道了多类可立构复合结晶的聚合物体系,包括脂肪族聚酯、脂肪族聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰胺和聚酮等.本文根据聚合物化学结构的不同,针对文献已报道的可立构复合结晶的高分子体系,综述了其立构复合结晶的形成条件、结构特征与物理性质.     

新型共轭聚合物的设计合成及其在场效应晶体管的应用

近年来,有机场效应晶体管(OFETs)由于在柔性器件和可穿戴电子学中的潜在应用受到了学术界和工业界的普遍关注,尤其是以聚合物半导体材料构筑的晶体管性能得到了快速的发展.如何设计合成用于OFETs的高性能聚合物半导体材料,一直是我们的追求目标.然而,分子结构对迁移率的影响仍缺少系统的比较.本文综述了近年来国内外新型聚合物材料的最新进展.我们按照材料的种类以及载流子的传输类型进行了分类,对高性能聚合物材料的发展过程、材料的设计思路以及相应的FETs性能进行了系统地归纳总结.通过研究分子及分子聚集态结构与器件性能之间的关系,希望为以后设计合成新型的高性能的聚合物材料提供有益的借鉴和指导.     

光功能基元J-型序构的高分子诊疗材料

染料分子有序的J-型聚集会产生新的独特光物理性质,使其成为一种构筑高性能疾病诊疗材料的有力手段.光功能基元J-型序构的高分子诊疗材料充分整合了染料J-聚集体诸多优异的光学性能以及聚合物的响应性、多功能集成性和生物相容性等众多优良特性.本文主要总结了该领域以本课题组为代表的近期开展的一些研究工作,具体包括：(1)构筑水相稳定的J-聚集体纳米材料,使其在复杂生命体系中保持必要的J-型排列;(2)利用聚合物辅助纳米J-聚集体实现形貌调控与重塑,以提升其肿瘤诊疗性能;(3)聚合物纳米J-聚集体的性能优化与癌症诊疗应用,包括可穿透深层组织的近红外-Ⅱ成像、克服光漂白的光热治疗、疾病标志物激活的精准光动力治疗等.功能基元J-型序构策略为光诊疗材料的开发带来了新的设计原理和制备方法,为探索具有更高性能的高分子/超分子光功能诊疗材料提供了广阔的设计空间.     

高度支化状二茂铁基聚合物研究进展*

高度支化状二茂铁基聚合物具有丰富的拓扑结构形态和独特的电、磁、催化和氧化还原性能,而且这类材料具有独特的流动性能、低的粘度和进一步的可反应性,从而使得它们展现出良好的应用前景,开发二茂铁基功能高分子材料正日益受到重视.本文介绍高度支化状二茂铁基聚合物的合成、结构、性能以及应用的研究进展.     

形状记忆高分子材料的新型共混制备方法

形状记忆高分子材料(shape memory polymers,SMPs)作为一种特点突出、性能优良的智能材料具有极高的研究和实用价值,受到各国研究人员的广泛关注,新的制备方法和材料体系不断涌现,显示出巨大的发展潜力.本文总结了近年来出现的以共混方式为基础的多种重要制备方法,包括聚合物与聚合物直接熔融共混、溶液共混、借助增容剂或交联剂进行共混、通过新型微层共挤出技术进行交替层状共混、以及利用静电纺丝技术进行三维网络结构共混等.相较于化学合成方法,这些共混方法具有操作简单、原料易得、制备效率高、产品性能调节方便、制备过程更为环保等优点,并且能够得到与化学合成方法性能相同甚至更好的产品,优势突出,是今后制备形状记忆高分子材料的一大趋势.本文从这些新型共混材料的制备过程、微观结构、形状记忆性能等角度详细分析了不同方法的特点和优势.这些近年来出现的共混制备方法对于形状记忆高分子材料的发展和未来应用将是至关重要的.     

协同的共价-超分子聚合物

共价聚合物性质稳定但缺乏动态性，超分子聚合物动态性有余而机械性能不足.受生命体中超分子聚合物工作机制的启发，我们将共价聚合物和超分子聚合物整合到同一体系，并采用有效的连接方式将两者关联，进而融合甚至放大2种聚合物的性能优势，发展了协同的共价-超分子聚合物.本文从协同的共价-超分子聚合物的概念及特点出发，介绍了这一特殊形式的聚合物.然后，总结了现有的用于构筑协同的共价-超分子聚合物的聚合策略.进一步地，重点介绍了协同聚合物的结构和性能表现，阐明协同聚合物的性能优势和构效关系.最后，指出了协同聚合物未来发展所面临的关键问题和重要挑战.协同的共价-超分子聚合物体系的提出，可用于克服单一聚合物体系存在的固有缺陷，推动实现超分子聚合物的现实应用，也为发展机械性能和动态性俱佳的智能高分子材料提供新思路.