基于超分子相互作用和弱共價鍵力致變色基團的自預警仿生型聚合物材料的研究.pdf

1、響應(yīng)性聚合物材料是一類能夠隨外界環(huán)境（如溫度、化學試劑、pH、電場、磁場、機械力和光照等）變化而產(chǎn)生性能變化的“智能”材料。其中，力致響應(yīng)性在制備外力刺激下自預警材料中顯得尤為重要。Moore等人發(fā)現(xiàn)具有光致變色效應(yīng)的螺吡喃是一類很好的力響應(yīng)性基團，通過分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在聚合物鏈骨架中接入該類螺吡喃便可以制備出響應(yīng)力致破損而發(fā)生性狀改變的力致響應(yīng)性聚合物材料，這些材料具有明顯的斷裂自預警功能。而Guan等人近些年的研究發(fā)現(xiàn)，仿生型聚合物

2、材料由于其類似于生物大分子獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計而使材料具備了卓越的機械性能，他們使用UPy單元的四重氫鍵強相互作用作為超分子體系中的序列結(jié)構(gòu)單元成功設(shè)計出一系列具有優(yōu)良機械性能的仿生型聚合物材料。目前，不管是力致變色材料或是仿生型聚合物材料，由于不能兼?zhèn)鋬?yōu)良機械性能和破損自預警功能使材料的應(yīng)用范圍均受到限制。
　　本文著眼于目前聚合物材料的局限，為了得到機械性能好且具有破損自預警作用的新型聚合物材料，首先合成了力致變色基團螺吡喃，并研究

3、了其溶液的光致變色現(xiàn)象以及溶劑、金屬離子等對其變色的影響;在此基礎(chǔ)之上，本文通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計將該螺吡喃接到到高分子PTHF鏈骨架中間，使用含雙功能基團的UPy結(jié)構(gòu)作為擴鏈劑，利用異氰酸根與羥基（或氨基）的反應(yīng)得到基于弱共價鍵螺吡喃和非共價鍵UPy的仿生型聚合物材料。針對已合成的聚合物材料，本文依次展開了多項測試，用SAXS測試對高分子結(jié)構(gòu)進行分析，用宏觀表征手段(如拉伸測試、DMA和TGA)對聚合物材料的熱穩(wěn)定性及力學性能進行分析。一系

4、列測試結(jié)果表明通過使用UPy結(jié)構(gòu)合成的聚合物材料內(nèi)部存在類似于生物大分子中的序列結(jié)構(gòu)模塊，該模塊的存在對聚合物材料的熱穩(wěn)定性和力學性能都有很大的提高。隨后本文進一步研究了該聚合物材料在受到外力破壞時弱共價鍵和非共價鍵的破壞先后情況，通過不同形變的SAXS測試和UV光譜測試表明材料中非公共價鍵UPy堆疊結(jié)構(gòu)的破壞出現(xiàn)在螺吡喃變色之前。綜合實驗結(jié)果，本文最后還推測了該仿生型聚合物材料力致變色行為的微觀機理。
　　總之，本文成功設(shè)計出含