【摘 要】
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可拉伸的超分子凝胶材料已广泛应用于生命科学、材料科学、信息科学等领域。对于凝胶材料来说,其力学性能通常会在模量和伸长率之间存在平衡,一般来说,刚性结构会带来较高的拉伸强度,柔性结构能够赋予材料较大的伸长率和快速自愈功能。其中,超分子凝胶由于其良好力学性能和自愈合性能成为了近年来研究的热点,柱芳烃作为第五代大环分子具有高度对称的刚性柱状结构以及富电子空腔日益受到人们的广泛关注。然而,由于柱芳烃的位阻
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可拉伸的超分子凝胶材料已广泛应用于生命科学、材料科学、信息科学等领域。对于凝胶材料来说,其力学性能通常会在模量和伸长率之间存在平衡,一般来说,刚性结构会带来较高的拉伸强度,柔性结构能够赋予材料较大的伸长率和快速自愈功能。其中,超分子凝胶由于其良好力学性能和自愈合性能成为了近年来研究的热点,柱芳烃作为第五代大环分子具有高度对称的刚性柱状结构以及富电子空腔日益受到人们的广泛关注。然而,由于柱芳烃的位阻效应和对溶剂的特异性,大部分工作主要集中在其功能化的研究,对凝胶材料力学性能的研究鲜有报道。本论文通过引入柔性结构,通过合理调配柱芳烃与柔性链段的比例,实现了对超分子凝胶材料力学性能的便捷调控,并研究了主客体络合作用对超分子凝胶材料性能的影响。内容包括:设计合成丙烯酸酯柱芳烃主体分子AAP5A和丙烯酸酯吡啶溴盐客体分子G,在丙酮溶剂驱动下通过主客体络合作用制备了双官能团超分子交联剂HGS,之后引入柔性的丙烯酸丁酯为共聚单体,在365 nm紫外光照射下通过自由基聚合得到了高透光性的超分子凝胶材料。通过调节超分子交联剂和丙烯酸丁酯的摩尔比例,可以实现对超分子凝胶力学性能的便捷调控。结果表明,超分子交联剂含量最高时,凝胶的抗拉强度达到3.4 MPa,说明柱芳烃的堆积可以有效提高凝胶的拉伸强度;丙烯酸丁酯含量最高时,凝胶的断裂伸长率可达3000%,说明较低的玻璃化转变温度有效保持了凝胶的韧性。此外,超分子凝胶的吸能效率达到93%,并且具备一定的自愈性和刺激响应性。制备了一系列柱芳烃含量不同的无规聚合物poly(AAP5A-co-HDA),设计合成含酰胺基团的吡啶溴盐客体分子,之后在氯仿中由于强烈的主客体络合作用和氢键作用制备得到了刚柔超分子凝胶。通过调节刚性结构和柔性结构的摩尔比例,凝胶材料的机械性能可以得到改变。结果表明,在氢键作用下柱芳烃可以出现更大程度的堆积,通过刚性和柔性的合理分配,凝胶的杨氏模量可达1.78 MPa,断裂伸长率最高可达543%。此外,该凝胶对阴离子染料具备一定的吸附能力,并且可以实现快速自愈和一定的刺激响应。
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