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目前,通过超分子组装可以创造出带有良好功能和形状的结构,它们具有广阔的应用前景,如在材料科学、纳米化学和仿生化学等领域。分子通过采用非共价键自组装成超分子结构,这些共价键包括亲疏水相互作用,ππ相互作用,静电相互作用,氢键相互作用,微相分离作用等。 本篇论文设计了三个系列的刚棒-线团分子,利用核磁共振仪和飞行时间质谱仪对合成的目标分子进行了结构确认。通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)、X-ray散射实验(XRD)、动态光散射(DLS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、荧光光谱(FL)、原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)等手段,分别对目标分子的本体和溶液中的自组装行为进行了研究。 首先,合成了三个刚棒部分含有蒽的n型刚棒-线团分子,它们是由n型刚棒、烷基链和树枝状聚环氧乙烷链构成的n型分子。分子1是基于联苯单元依靠三键与蒽连接构成的刚棒线团分子,分子2是基于联苯单元与蒽中间采用两端带有乙炔基的亚苯基相连接构成的刚棒线团分子,而分子3是基于联苯单元与蒽中间采用两端带有乙炔基的联苯单元相连接构成的刚棒线团分子,目的是依靠刚棒部分长度的变化,从而考察对自组装结构的影响。结果表明:在室温时,分子1为液体;而分子2和3为固体,并且它们都没有液晶相。通过X-ray散射实验证明分子2和3在室温时自组装成层状结构。在溶液中,分子1、2和3都自组装成球状聚集体。 其次,合成了两类ABA型三嵌段刚棒-线团分子,一类为柔-刚-柔三嵌段分子(5、6和7),目标分子5-7是由四个联苯和一个中间苯环的2,5-号位连有侧甲基对-三联苯通过醚键连接组成刚棒嵌段,以聚合度分别为7、12和17的聚环氧丙烷(PPO)作为柔性嵌段的刚棒-线团分子。另一类为刚-柔-刚三嵌段分子(1a和1b),它们是由苯或联苯通过炔键与联苯相连接组成两边为芳香刚棒部分,而柔性链部分采用聚合度13的聚环氧乙烷(PEO)通过醚键将两边刚棒部分连接,构成刚棒-线团-刚棒分子1a和1b,其中分子1b刚棒部分长于1a。在本体状态下,柔-刚-柔三嵌段分子5-7都含有一个液晶相。分子5在晶态和液晶态时分别为层状结构和双连续立方相结构。而分子6与7在晶态和液晶态时结构相同,分别为六方穿孔层状结构和倾斜柱状结构,不同点在于它们之间的晶胞参数不同。刚-柔-刚三嵌段分子1a和1b无液晶态,通过X-ray散射证实它们本体自组装成层状结构。在溶液中,分子1a和1b自组装成球状聚集体。