苯胺基荧光聚酰胺酸的设计合成及性质研究

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聚苯胺作为经典的导电高分子,具有电导率高、环境稳定性好、应用范围广等优点,成为共轭聚合物中的研究热点。但由于聚苯胺分子结构刚性强,氢键作用力大,导致其加工性能较差,进而阻碍了聚苯胺材料的进一步研究及应用。苯胺齐聚物作为聚苯胺的模型化合物,其分子结构明确、易于分子设计、光电性能突出。同聚苯胺一样,苯胺齐聚物在不同的氧化状态、掺杂/脱掺杂的情况下具有多种分子结构状态,且不同分子结构状态之间能够相互转换。由于苯胺齐聚物多变的端基结构及灵活的分子设计性,使得该类化合物展现出比聚苯胺材料更为丰富的分子结构状态。从而使苯胺齐聚物及其衍生物在光学、电学、磁学以及生物医学等领域展现出诱人的应用前景。最近,多个科研小组将苯胺齐聚物链段单元引入到聚合物分子结构中,利用苯胺齐聚物特性和功能化集成手段,获得了一系列多功能性聚合物材料。这类苯胺基聚合物在介电性能调节、金属腐蚀防护、电致变色、生物医学及传感检测等领域都有着广泛的应用。虽然苯胺基聚合物已经在分子设计合成、器件组装应用等方面进行了深入的研究,但其本身所具有结构特点及理化特性仍吸引着研究者对其新结构、新性质、新应用的探索。电控荧光体系一般由电活性基元和荧光发射基元两部分组成,通过二者之间的电子/能量转移或结构/构象的相互转变实现材料的荧光性质的电化学调控,而这些共性特征无疑为设计合成新型电控荧光材料提供了重要的理论依据和基础。本论文以苯胺齐聚物作为电活性基元,高性能荧光基团作为荧光发射基元,通过共价键连接的方式构筑一类新型电控荧光聚合物材料。首先,将苯胺基双胺单体与1,2,4,5-环己烷四甲酸聚合得到苯胺基聚酰胺酸。再通过后功能化技术将芴基团引入到高分子结构中。其中苯胺齐聚物作为电活性基元,芴作为荧光发射基元。该聚合物在不同电压下展现出可逆的荧光转换性质,这是由于苯胺齐聚物链段在不同电压下发生氧化还原反应,导致分子结构中苯环与醌环的相互转换,生成或消除了与荧光发射基元之间的电子/能量转移路径,从而实现苯胺基荧光聚合物的电控荧光性质。通过分子设计,将大尺寸的笼型聚倍半硅氧烷基团(POSS)引入聚合物分子结构中,合成出具有大侧基结构的苯胺基荧光聚合物。大尺寸刚性POSS基团的引入,能够有效地增大了聚合物分子的链间距,减弱了分子链上各基团之间的相互作用,进而削弱了聚集诱导猝灭效应,提高了聚合物的荧光强度。并且,聚合物薄膜中较大的链间距能够使电解质的进入和脱出更加迅速,从而提高了聚合物薄膜电控荧光的响应速度。通过分子设计,将苯胺齐聚物和三苯胺基团作为电活性基元,同时引入到荧光聚合物分子结构中。两种电活性基元不同的电响应窗口能够使聚合物荧光转换的调制电压范围变宽,实现了聚合物电控荧光的分级调节。刺激荧光响应型聚合物是智能材料的一个重要的组成部分,研究者着重研究光、电、pH值、压力、热、磁及化学品等多种外界刺激对聚合物荧光性质的影响。为了能够适应外界复杂环境,多刺激响应荧光聚合物材料的研究与开发显得尤为迫切。在以往的研究中,聚苯胺类材料对电压,pH值,氧化还原试剂等外界刺激能够做出分子结构上的响应。因此,将苯胺齐聚物链段作为敏感基团引入荧光聚合物结构中,通过多种外部刺激,使苯胺齐聚物结构上的发生转变,进而生成或消除与荧光发射基元之间的电子/能量转移路径,使聚合物具有多刺激荧光响应行为。首先,通过分子设计,以苯胺基双胺单体作为敏感基元,合成苯胺基三苯胺咔唑聚酰胺酸,探究该聚合物在溶液状态时对化学氧化还原剂、酸碱物质的荧光响应情况,考察该聚合物薄膜在不同电压和机械压力作用下的荧光变化规律。再以苯胺齐聚物链段和偶氮苯基团作为敏感基元,以9,9-双(4-氨基苯基)芴为荧光发射基元,通过分子设计合成了苯胺基偶氮苯荧光聚酰胺酸。聚合物薄膜对电压,pH值,氧化还原性物质及紫外/可见光等多种刺激展示出了荧光响应行为,为多刺激荧光聚合物材料的设计合成及应用提供了理论指导和研究基础。
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