超分子聚合物水凝胶:自修复和手性光学性能

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超分子聚合物水凝胶是指高分子、寡聚物以及小分子为组装单元基于非共价键自组装形成的物理水凝胶。不同构筑基元自组装成的凝胶具有不同的特点,故其研究的方向也有所不同,高分子凝胶倾向于具有力学性能材料的研究,而超分子聚合物的凝胶更倾向于多层次自组装仿生的研究。为了更好地探究超分子聚合物水凝胶,本文利用高分子通过多种物理交联作用间的协同作用制备了具有酸碱响应性的高强度超分子聚合物水凝胶。另外,通过向手性超分子聚合物水凝胶引入发光分子,制备了多层次手性转移诱导圆偏振发光超分子聚合物水凝胶。主要研究如下:设计合成了由聚乙烯醇(PVA)和自由基聚合的6-丙烯酰胺己酸(PAACA)通过氢键和PVA结晶交联的高强度自愈合超分子聚合物水凝胶。PAACA与PVA链之间形成的氢键通过自组装形成了三维网络构建的第一个超分子聚合物水凝胶网络,在冻融过程中PVA结晶形成了第二个超分子聚合物水凝胶网络,这大大提高了机械性能,其抗拉强度高达3MPa。同时由于体系中存在羧基可质子化和去质子化,使得水凝胶具有pH响应性自愈合的特点。手性是自然界的本质属性之一,许多天然手性生物对圆偏振光具有典型的响应性。为了探究生命活动、理解大自然,我们通过向手性超分子聚合物水凝胶中引入非手性发光材料对圆偏振光展开了研究。在本工作中设计了由环糊精、表面活性剂和非手性染料组成的晶格自组装(LSA)超分子聚合物水凝胶体系。β-环糊精(β-CD)和十二烷基硫酸钠(SDS)通过主-客体相互作用形成超分子复合物,然后在分子间氢键作用下进一步自组装成空间结构为螺旋管的LSA超分子聚合物水凝胶,非手性染料与SDS通过静电相互作用吸附在螺旋管壁上。我们通过对LSA系统中诱导的手性和诱导的圆偏振发光的仔细监测揭示了从β-CD到最终组装结构的多级次手性转移,并广泛研究了非手性染料掺杂体系的手性。使用LSA螺旋管作为基质,可以诱导手性晶格空间中的发光功能元素具有手性,实现大的圆极化。我们认为它可以为水溶性功能手性光学材料的设计提供一种可行的方法。
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