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智能聚合物材料（一）
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智能聚合物材料 所謂智能聚合物材料是指這么一類物質(zhì)，它們所在外部環(huán)境發(fā)生微小的變動時，其物理性能和/或化學(xué)結(jié)構(gòu)會發(fā)生可逆或不可逆的變化。外部環(huán)境的微小變動可以是各類刺激，如pH值，溫度，離子濃度，光，機(jī)械力，電、磁、聲場，添加入的特征物質(zhì)（離子，生物活性分子等）。受到刺激后智能聚合物材料的變化可能是鏈構(gòu)象、溶解度或自組裝方式的轉(zhuǎn)變。智能聚合物材料的外觀可以是溶液，凝膠，自組裝納米粒子，（多層）薄膜或固體。由于這種特定的性質(zhì)，可以通過對智能材料的組合針對性地進(jìn)行特定的應(yīng)用，例如，基因和藥物的運(yùn)送，生物分離，蛋白質(zhì)提純，涂料工業(yè)，石油探查，生物膜科學(xué)，粘度改性，膠體穩(wěn)定，表面改性和水的回收等方面。 在過去的幾十年里，智能聚合物材料的研究主要集中在以下幾個方向：（1）設(shè)計新的響應(yīng)聚合體系；（2）研究在外部刺激下，轉(zhuǎn)變狀態(tài)平衡和相關(guān)的動力學(xué)過程；（3）探求各種非共價鍵（疏水作用，氫鍵，靜電作用，協(xié)同效應(yīng)，主客體識別，π-π堆垛）在分子水平的相互作用，因為這些可以控制智能聚合體系的自組織和自適應(yīng)性；（4）對已有的智能聚合體系進(jìn)行新的功能性應(yīng)用。 智能聚合體系的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)直接影響他們的智能響應(yīng)性質(zhì)。智能聚合物有多種多樣的鏈結(jié)構(gòu)，如線型的，環(huán)形的，接枝的，（多臂）星形的，其他非線型的。制備方法則有基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合（GTP），開環(huán)聚合（ROP），點擊化學(xué)反應(yīng)，原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP），可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合（RAFT）以及氮氧調(diào)介聚合（NMP）。這些新的鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使智能聚合物在溶液和固相中具有新的形態(tài)和功能。 在當(dāng)前，智能聚合物的許多性質(zhì)都開始投入應(yīng)用，例如觸發(fā)釋放藥物和基因、催化、偵測成像、環(huán)境適應(yīng)涂料、自修復(fù)性。通過改變智能聚合體系的溶解性，水分散體積以及鏈的構(gòu)造和構(gòu)像，可以賦予它們新的功能性�？梢赃@么說，智能聚合物在未來將會扮演十分重要的角色。但是，與成熟的小分子探針和具有內(nèi)在性質(zhì)的常規(guī)聚合物基溫度傳感器相比，智能聚合體系還處在早期發(fā)展階段。 在近幾年，數(shù)千種小分子感應(yīng)體系被開發(fā)出來用于環(huán)境因素的檢測分析，例如，離子、pH、溫度、生物分子以及機(jī)械力。它們可以根據(jù)識別原理籠統(tǒng)地分為小分子識別感應(yīng)器和化學(xué)識別反應(yīng)感應(yīng)器兩類�；谧R別原理，色度的和熒光的感應(yīng)體系因為其低成本、高響應(yīng)性以及靈活的操作性而被廣泛深入的研究。我們應(yīng)該注意到，小分子化學(xué)傳感器因為其差的水溶性、低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和進(jìn)行進(jìn)一步功能改性困難而限制了它們的應(yīng)用。如果我們將這些具有識別性質(zhì)的小分子組合到母體材料中，或許就能消除這能缺點。母體材料可以是天然或合成的聚合物，凝膠，介孔硅球，平面基板或金屬納米粒子。母體是聚合物的智能材料當(dāng)前已被報道的有pH感應(yīng)的材料，濕度感應(yīng)的材料，溫度感應(yīng)的材料以及基于聚合物傳導(dǎo)和非傳導(dǎo)進(jìn)行離子感應(yīng)的材料。 但是，基于化學(xué)反應(yīng)的靈活性，當(dāng)前所發(fā)現(xiàn)的智能響應(yīng)聚合材料遠(yuǎn)非智能材料種類的極限，因此科學(xué)家們預(yù)測還有很多智能材料沒有出現(xiàn)。通過對化學(xué)機(jī)理的研究以及化學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，新型智能材料將會不斷地被制備出來。 ----小記：筆者將會不定期地在小木蟲論壇上連載當(dāng)前國際上智能聚合物的最新動向，并對一些影響力大的文章進(jìn)行綜述性的編譯，歡迎各位同道朋友加我收聽，送紅花，謝謝關(guān)注(*^__^*) [ Last edited by 泰西磐石 on 2011-5-10 at 21:38 ] |
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