“原位”氨解策略制备多重编程和自驱动有机/水凝胶

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凝胶是一种三维网状结构高分子聚合物,大分子链之间相互连接,形成空间网络结构,在网络结构空隙中充满液体介质(介质也可能是气体,比如气凝胶)。凝胶发展之初主要以天然凝胶为主,凝胶因其独特的结构而具有一些优异的物理和化学性质,因此凝胶引起了人们的广泛关注,并且得到了极大的发展。目前单组分凝胶在生物医药以及刺激响应等方面都有很广泛的应用。有机/水二元凝胶作为一种新兴的材料,因其独特的结构及物理性能在很多方面都具有多种潜在的应用。尽管二元凝胶的应用前景很广阔,但是其制备过程仍然是一个很大的挑战。本文选取了水凝胶和有机/水二元凝胶为研究对象,围绕有机胶转换、有机/水二元凝胶的制备及应用等方面展开了详细的研究,具体研究内容如下:1、制备基于聚丙烯酸五氟苯酚酯(pPFPA)的有机胶,然后将pPFPA胶“原位”转化。首先以五氟苯酚和丙烯酰氯为原料,合成丙烯酸五氟苯酚酯单体(PFPA),并将单体和适当的交联剂以光引发聚合的方法制备聚丙烯酸五氟苯酚酯(pPFPA)胶。以pPFPA胶的氨解为基础,经过所需要的亲水,亲油烷基胺及其混合物处理后,能够完全转化成具有优异性能的目标水凝胶和有机胶。转化后的水凝胶凝胶2和凝胶3具有温度响应,离子响应和p H响应。且转化后的凝胶2力学性能在同类报道的水凝胶中是最优异的。2、同样是基于pPFPA胶的氨解,以简单有效的“原位”转换的方法,制备有机/水二元凝胶。以pPFPA胶为基础,依靠程序氨解的方法,在特定位点“原位”转化,可以得到不同模式的目标有机/水凝胶。比如具有平滑过渡界面的宏观层状有机/水凝胶,界面处力学性能良好;可重构的微尺度有机/水凝胶杂化体,具有高空间分辨率,能够在不同溶剂中可逆地切换,在实现二维和三维形状变化,且具有手性可控的特点;核壳结构的有机/水凝胶杂化体,通过调控中心核和外层壳的尺寸,可得到多层核壳结构的有机/水凝胶。3、制备基于双层有机/水凝胶杂化结构的振荡器。由于有机胶膨胀和水凝胶收缩的协同效应,以及界面机械性能,该振荡器能够通过收集周围的化学能和热能,实现超快自驱动。这项工作为有机/水二元凝胶提供了新的设计原则和高效的合成策略,并以更高的性能扩展了其在软机器人领域的潜在应用。
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