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创新超分子薄膜构筑方法 研发新型分子自组装材料
2020-05-20
超分子聚合物是指单体通过非共价键相互作用（如氢键、静电相互作用、配位键、π-π堆积等）连接而形成的分子聚集体。超分子聚合物材料的研究是当今超分子领域的热门课题。北京大学阎云副教授长期从事超分子材料研究，在超分子薄膜构筑方法方面提出了一种全新且简便的构筑薄膜材料的方法。
该方法将结块过程与构筑塑性薄膜相结合，正向地将结块的原理应用于由粉末材料向连续的液晶相超分子薄膜的构筑上。一种大头基的表面活性剂（DEAB）可以与反电荷的多头配体（TPE-BPA）得到一种纳米尺寸的无规配位簇，而后金属离子（Zn2+）的加入则可迅速使之交联形成无定形的白色沉淀物。通过自发的结块过程，沉淀中的分子可进一步发生重排运动，并使其由白色粉末状的固体在短时间内转变形成透明且可自支撑的薄膜材料（图1）。
这种超分子薄膜材料的力学性质与塑性高分子相近，抗张强度为（0.65±0.16）MPa，但却具备在室温及适宜的湿度环境下通过手指尖的压力完成修复与铸造的能力。力学测试表明这种可塑超分子薄膜在数十次的重铸后也不会出现疲劳和强度降低，预示着其优越的材料工程性能。
基于这种“自下而上”的方法，许多的功能组分都可以被引入膜中，使其成为一个通向多功能材料发展的平台，例如掺入染料分子可以实现多色发光器件的构筑、掺入指示剂分子可以制成污染性气体传感薄膜等。构筑策略总体图示见图3。此外还验证了这种策略可拓展至其他的化学设计中，如不同的多头配体、不同的表面活性剂分子、不同的金属离子甚至不同的非共价作用方式，从而得到基于不同化学组成所构筑的超分子薄膜。这种策略能够为新型超分子块体薄膜材料的发现与创造，提供一种全新的制备方法与研究视角。
