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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行特定的應(yīng)用,例如,基因和藥物的運送,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)定性和進行進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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