超分子聚合物

超分子聚合机理
超分子聚合物
编辑
聚合物一词是指其结构由多个重复单元组成的大分子，其前缀含义超出范围。

超分子聚合物是一类新的聚合物，可以潜在地用于超出常规聚合物限制的材料应用。

根据定义，超分子聚合物是单体单元的聚合阵列，它们通过可逆和高度定向的二级相互作用（即非共价键）连接。

这些非共价相互作用包括范德华相互作用、氢键、库仑或离子相互作用、π-π堆积、金属配位、卤素键、硫属元素键和主客体相互作用。

相互作用的方向和强度经过精确调整，使得分子阵列表现为聚合物（即，在常规聚合物中，单体单元通过强共价键连接，具有优良的材料性能；然而，由于聚合物在高粘度熔体中的缠结，加工通常需要高温和高压。

超分子聚合物结合了良好的材料特性和易于处理的低粘度熔体。

此外，一些超分子聚合物具有独特的特性，例如自愈骨折的能力。

尽管共价聚合物可以回收利用，但它们的强共价键永远不会分解，并继续作为塑料废物对环境产生负面影响。

因此，超分子聚合物因其在设计响应性、适应性、自愈性和环保材料方面的潜力而越来越受到关注。

作者简介：周成飞（1958-），男，研究员，主要从事高分子功能材料及其射线改性技术研究。

收稿日期：2021-03-08超分子聚合物是指利用氢键、金属配位、π-π堆积及离子效应等合成的聚合物。

非共价键结合的超分子聚合物由于其特殊的结构及性能引起了广泛的关注[1~3]。

而形状记忆聚合物就是能够在界刺激下从一种或多种临时形状转变为预定形状，有4种基本类型:热致、电致、光致和化学感应型，在医疗、包装、建筑、玩具、汽车、报警器材等领域的应用[4~6]。

超分子聚合物和形状记忆聚合物的有效结合，就形成了超分子形状记忆聚合物这一新的研究方向。

本文主要就超分子形状记忆聚合物的合成及应用研究进展作一介绍。

1　合成方法超分子形状记忆聚合物一般可包括氢键超分子聚合物、配合物型超分子聚合物、π-π堆积超分子聚合物及离子效应超分子聚合物。

1.1　氢键作用利用氢键相互作用来制备超分子聚合物是超分子形状记忆聚合物的最重要方法。

Chen 等[7,8]曾以BINA 、HDI 和BDO 为原料合成了一系列含吡啶的超分子聚氨酯（PUPys ）。

结果表明，在吡啶基元和氨基甲酸酯基团区域都存在不同的分子间氢键，并且，这种超分子聚氨酯具有良好的形状记忆效果，即有较高的形状固定度（>97%）和较高的形状恢复率（>91.7%）。

Chen 等[9]还用脲基嘧啶酮（UPy ）二聚体合成了强四重氢键交联的聚乙烯醇（PVA ）超分子网络。

研究发现，该材料表现出良好的热致和水致形状记忆性能，形状恢复率接近99%。

并且，在水和碱性溶液（pH 12）中或在低于120 ℃的温度下具有良好的稳定性。

另外，Kashif 等[10]还在3-氨基-1,2,4-三唑存在下，通过熔融共混两种半结晶马来酸酐化弹性体（马来酸酐化乙烯丙烯二烯橡胶和马来酸酐化聚乙烯辛烯弹性体）制备了形状记忆聚合物复合材料，在这两种弹性体之间形成超分子氢键相互作用。

结果表明，该共混物具有良好的形状记忆性能。

基于配位作用的超分子聚合物超分子聚合物是指由具有配位作用的分子通过非共价键相互连接形成的聚合物。

配位作用是指一种分子间的相互作用方式，其中一个分子中的原子以孤对电子的形式与另一个分子中的金属离子或含金属离子的配体产生键合。

这种键合方式与传统的共价键不同，它是一种通过静电作用和范德华力来维持的非共价键。

因此，超分子聚合物的形成不需要共价键的形成，而是由分子间的相互作用所决定的。

超分子聚合物的形成是一个自组装过程。

在这个过程中，具有配位作用的分子会自发地形成一种有序的结构，这种结构类似于传统的共价键聚合物中的晶格结构。

这种自组装过程能够在非常宽的范围内进行，因为配位作用是一种非常普遍的相互作用方式。

因此，超分子聚合物的形成能够在不同的条件下进行，例如在不同的溶剂中或在不同的温度下。

超分子聚合物的形成是一个非常有趣的研究领域。

由于超分子聚合物的形成是由分子间的相互作用所决定的，因此可以通过调节分子间的相互作用来控制超分子聚合物的形态和性质。

例如，可以通过改变分子的结构、溶剂的性质、温度等因素来控制超分子聚合物的形态和性质。

这种控制性质为超分子聚合物在材料科学、化学传感器、药物传递等领域中的应用提供了很大的潜力。

在超分子聚合物中，配位作用通常是由含金属离子的配体与具有孤对电子的分子相互作用所形成的。

这种配位作用在许多领域中都有着广泛的应用。

例如，在催化反应中，金属离子与分子中的反应物相互作用，从而促进反应的进行。

在生物学中，金属离子与蛋白质或核酸中的配体相互作用，从而形成生物分子的结构和功能。

超分子聚合物是一种由具有配位作用的分子通过非共价键相互连接形成的聚合物。

由于配位作用是一种非常普遍的相互作用方式，因此超分子聚合物的形成能够在不同的条件下进行。

超分子聚合物的形成是一个非常有趣的研究领域，它为材料科学、化学传感器、药物传递等领域中的应用提供了很大的潜力。

超分子聚合物材料的研发及应用研究随着科学技术的发展，新材料的研发已经成为了科学家们关注的话题。

其中，超分子聚合物材料因其独特的化学结构和优异的物理性能，逐渐成为了研究的热点。

本文旨在介绍超分子聚合物材料的研发及应用研究现状，并对其未来发展进行探讨。

一、超分子聚合物材料的定义超分子聚合物材料是由具有自组装功能的单体通过非共价键如氢键、离子键、π/π堆积等作用方式相互作用形成的高分子材料。

这种材料，不同于传统的共价键连接的聚合物，其化学结构复杂多变，形态多样，具有良好的可控性和可修饰性。

二、超分子聚合物材料的研发现状超分子聚合物材料的研发涉及到多个学科领域，如有机化学、高分子化学、物理化学等。

目前，超分子材料的研究重点分为两个方面：一是探索单体间相互作用的机理，二是发现和设计新型的超分子聚合物材料。

在探索相互作用机理方面，科学家们主要通过理论计算和实验验证相结合的方式，探索超分子聚合物材料自组装行为的规律性。

例如，利用分子模拟方法，可以定量分析分子之间的相互作用，并预测在不同条件下材料的自组装性质。

而实验手段，如核磁共振、X射线衍射等，可以从实验角度观察材料的自组装行为，验证理论预测结果。

在新材料的研发方面，科学家们主要通过分子设计和化学合成的方式，发现和设计新型的超分子聚合物材料。

例如，通过可逆氢键作用的单体和双单体，可以合成出可逆有序自组装材料、动态分子晶体材料等。

同时，通过加入外部功能分子，还可以制备具有响应性、敏感性的超分子聚合物材料。

三、超分子聚合物材料的应用研究现状超分子聚合物材料有着广泛的应用前景，可广泛应用于传感、催化、能量转换等领域。

以超分子单体催化材料为例，它具有极高的反应速率和选择性，可以应用于化学催化领域。

同时，液晶性能良好的超分子聚合物材料，可以应用于液晶显示器制备、生物成像等方面。

此外，超分子聚合物材料还可以应用于药物传递、模板合成等其他领域。

四、超分子聚合物材料的未来发展虽然超分子聚合物材料在应用领域已经取得了一些进展，但是其研究在材料科学领域中仍处于初级阶段。

机械互锁聚合物和超分子聚合物的关系-概述说明以及解释1.引言1.1 概述机械互锁聚合物和超分子聚合物是当今材料科学领域中备受关注的两个重要研究方向。

这两种聚合物材料都具有独特的结构和功能，可以在不同领域中应用于各种领域的技术和工程领域。

机械互锁聚合物是一种通过相互锁定的分子结构构成的聚合物。

它们的组成单元之间存在特殊的相互作用，使得它们可以形成高度稳定的结构，并具有优异的力学性能。

机械互锁聚合物的原理是通过将两个或多个分子结构交错地纳入到整个聚合物网络中，从而形成一种网状结构。

这种结构不仅在物理上具有高度的稳定性，而且可以通过外部刺激（如拉伸或压缩）来控制其形状和性能。

超分子聚合物则是一类基于化学键以外的非共价相互作用构建的聚合物。

这些非共价相互作用可以包括氢键、离子键、范德华力等等。

超分子聚合物在材料科学领域中备受关注，原因在于其独特的结构和性能。

这些非共价相互作用可以使得超分子聚合物具有可逆性、自愈合性、自组装性等特点，从而赋予材料可控性和可调性。

机械互锁聚合物和超分子聚合物之间存在着密切的关系。

一方面，机械互锁聚合物的结构往往可以通过超分子相互作用来构建。

例如，通过氢键或离子键等非共价键将不同的分子结构连接在一起形成机械互锁结构。

另一方面，超分子聚合物的稳定性和动力学性质往往可以通过机械互锁来进行调控。

例如，通过外界的应力作用，可以改变超分子聚合物的结构，从而调节其性能。

综上所述，机械互锁聚合物和超分子聚合物在结构和性能上存在着密切的关系。

通过深入研究这两类材料的特性和应用，可以为我们设计和制备具有特定功能和性能的材料提供新的思路和方法。

然而，目前对于机械互锁聚合物和超分子聚合物的研究还处于起步阶段，需要进一步深入研究和探索。

未来的研究方向包括但不限于合成新型的机械互锁聚合物和超分子聚合物、探索其在能源、环境和生物医学等领域的应用等。

这些研究将进一步推动材料科学的发展，并为我们创造更加绿色、高效和可持续的材料系统提供新的途径。

超分子聚合物紫外分光光度计超分子聚合物紫外分光光度计是一种常用的分析仪器，可以用于测量物质在紫外光区域的吸收特性。

超分子聚合物是一类具有高分子量、高表面积和高孔隙度的聚合物材料。

它们具有分子间键的强相互作用，形成一种稳定的超分子结构。

超分子聚合物在化学、材料和生物领域都有广泛的应用。

紫外分光光度计可以通过测量超分子聚合物在紫外光区域的吸收光谱来研究它们的结构和性质。

超分子聚合物的形成和结构与分子间相互作用密切相关。

分子间相互作用可以通过测量吸收光谱来研究。

紫外分光光度计是一种常用的分析仪器，可以测量物质在紫外光区域的吸光度，并根据比尔-朗伯定律计算物质的浓度。

在超分子领域，紫外分光光度计可以帮助研究者确定超分子聚合物的组成、结构和稳定性。

紫外分光光度计的工作原理基于分子在不同波长的光照射下会吸收光的特性。

当紫外光通过样品时，样品中的某些分子能够吸收特定波长的光，使得光强度减弱。

紫外分光光度计会测量光通过样品前后的光强度差异，从而确定样品的吸光度。

根据比尔-朗伯定律，吸光度与样品的浓度成正比。

超分子聚合物的吸光度与其结构有关。

超分子聚合物通常由分子间相互作用形成稳定的网络结构，这种结构会影响分子吸收光的能力和频率。

通过测量超分子聚合物在紫外光区域的吸收光谱，可以获得有关其结构和性质的信息。

比如，吸收峰的位置和强度可以提供关于聚合物分子间相互作用的线索。

除了测量吸光度，紫外分光光度计还可以进行其他类型的分析。

例如，利用紫外光的激发作用可以研究超分子聚合物的荧光性质。

超分子聚合物在吸收光的激发下会发射出荧光，荧光光谱可以提供有关聚合物结构和荧光探针的交互作用的信息。

此外，紫外分光光度计还可以进行动力学研究，例如测量超分子聚合物的光解反应速率。

紫外分光光度计在超分子聚合物研究中的应用非常广泛。

通过测量超分子聚合物在紫外光区域的吸收光谱，可以获取关于超分子聚合物的结构、稳定性和相互作用的信息。

这对于设计和合成具有特定功能的超分子聚合物材料具有重要意义。

收稿:2005年1月,收修改稿:2005年6月　3通讯联系人　e 2mail :tanglm @基于氢键作用结合的超分子聚合物王毓江　唐黎明3(清华大学化学工程系高分子研究所　北京100084)摘　要　非共价键结合的超分子聚合物由于其特殊的结构及性能引起了广泛的关注。

本文在介绍超分子化学、氢键及超分子聚合物的基础上,主要综述了以氢键为结合力的多重氢键作用、羧基(D )与吡啶基(A )作用以及氢键与其它非共价键协同作用形成的超分子聚合物体系,并对超分子聚合物的研究现状及前景进行了评述。

关键词　超分子聚合物　氢键　合成　超分子化学中图分类号:O631;O641.3　文献标识码:A 文章编号:10052281X (2006)02Π320308209Supramolecular Polymers Formed Through H ydrogen 2BondedN oncovalent I nteractionsWang Yujiang Tang Liming3(Institute of P olymer Research ,Department of Chemical Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract Supram olecular polymers formed through noncovalent interactions have attracted great attention recently due to their special structures and properties.The supram olecular chemistry ,hydrogen bond and supram olecular polymers are introduced.Supram olecular polymers formed by different hydrogen 2bonded systems ,including multiple 2hydrogen 2bonded interactions ,hydrogen bond formed from carboxylic acids and pyridines ,and multiple interactions including hydrogen bond and other noncovalent bond ,are reviewed in detail.The research status quo and the perspective of supram olecular polymers are discussed.K ey w ords supram olecular polymers ;hydrogen bond ;synthesis ;supram olecular chemistry1　引　言 1967年,美国科学家Pedersen 首先发表了关于冠醚的合成和选择性络合碱金属的报告,揭示了分子和分子聚集体的形态对化学反应的选择性起着重要的作用。

超分子聚合物在功能材料中的应用在当今科技迅速发展的时代，材料科学领域的创新不断推动着各个行业的进步。

其中，超分子聚合物作为一种新兴的材料，正逐渐展现出其在功能材料中的巨大潜力。

超分子聚合物，顾名思义，是基于超分子化学原理构建的聚合物体系。

与传统聚合物不同，超分子聚合物中的单体通过非共价键相互作用（如氢键、范德华力、ππ堆积等）进行组装和结合。

这种独特的结构特性赋予了超分子聚合物许多优异的性能和广泛的应用可能性。

首先，超分子聚合物在药物传递领域表现出了显著的优势。

由于其非共价键的动态性质，超分子聚合物可以响应外界环境的变化，如 pH 值、温度和酶的存在等。

这使得它们能够在特定的生理条件下实现药物的控释。

例如，在肿瘤组织中，其微环境通常呈现出较低的 pH 值和较高的温度。

设计具有 pH 和温度响应性的超分子聚合物药物载体，能够在肿瘤部位特异性地释放药物，提高治疗效果的同时降低对正常组织的毒副作用。

在传感器领域，超分子聚合物也发挥着重要作用。

利用超分子聚合物与分析物之间的特异性相互作用，可以实现对各种物质的高灵敏度检测。

例如，基于荧光共振能量转移（FRET）原理，将荧光团引入超分子聚合物体系中。

当分析物与超分子聚合物结合时，会引起聚合物结构的变化，从而导致荧光信号的改变。

这种荧光传感器具有响应速度快、选择性好等优点，在环境监测、生物医学诊断等方面具有广阔的应用前景。

超分子聚合物在自修复材料方面的应用也备受关注。

传统材料在受到损伤后往往难以自行修复，而超分子聚合物由于其非共价键的可逆性，能够在受到外界刺激时重新排列和结合，实现材料的自修复功能。

这对于延长材料的使用寿命、提高材料的可靠性具有重要意义。

例如，在汽车涂料、电子设备外壳等领域，自修复超分子聚合物涂层可以有效地减少划痕和磨损，提高产品的外观和性能。

此外，超分子聚合物在智能材料领域也有着广泛的应用。

通过合理设计超分子聚合物的结构和组成，可以使其对光、电、磁等外界刺激产生响应，从而实现材料的智能化。

高分子超分子化学史佳MG1724066自修复超分子聚合物摘要：超分子聚合物的完整性是通过形成非共价相互作用来实现的。

这些相互作用包括氢键，金属配位，离子相互作用，π-π堆积和主客体相互作用。

非共价键具有可逆性、方向性和高灵敏度的特征，使得超分子聚合物可以自发地或在外部刺激下对损伤部位进行多个循环的自修复，而在自修复领域得到了广泛关注。

本文主要综述了氢键、π-π堆叠和金属配位型三类自修复超分子聚合物的研究进展。

引言自修复是生物的重要特征之一，自修复机理来源于生物体具有的自动感知、自动响应和自愈合损伤的特性[1]。

将此机理用于聚合物材料中可有效修复材料内部损伤，减少由裂纹引起的安全隐患并有效延长材料的使用寿命。

超分子聚合物是以非共价键如氢键、π-π相互作用型、金属配位、拓扑(主-客体)和离子键连接单体单元的聚合物。

分子聚合物和分子聚合物通过非共价键连接称为杂化聚合物，通常也被视为超分子聚合物[2]。

因此超分子材料的完整性是通过形成非共价相互作用来实现的。

这些非共价键的可逆性、方向性和高灵敏度的特征使得超分子在自修复领域有着很大的吸引力。

图1 超分子聚合物的自修复过程[4]超分子自修复材料依赖于使用非共价键、瞬态键来产生网络，与共价键相反，这些网络可以从流体状态到固态状态快速而可逆地重构，因此在外界刺激下能够修复受损的位点，并可以完成多个自修复周期[3]。

如图1所示，超分子聚合物受到外力损伤后，弱超分子键或簇先断裂，产生的新界面包含许多未结合的超分子键，其在断裂表面处可以保持一段时间，断裂面重合时，这些超分子键会重新排列形成新的可逆网络，从而封闭缝隙并修复受损部位[4]。

本文主要综述氢键、π-π堆叠和金属配位型三类自修复超分子聚合物的研究进展。

1 氢键自修复超分子聚合物利用多种氢键相互作用将单体单元聚合成聚合物结构是生成超分子的主要方法之一。

利用其中氢键相互作用的重排来修复微米尺度的裂缝，可以桥接裂缝空隙，实现聚合物的多次自修复[5]。

第24卷　第5期大学化学2009年10月　今日化学超分子聚合物:自组装的高分子阎云(北京大学化学与分子工程学院　北京100871) 摘要　简单介绍基于氢键、主客体化学、以及金属配位作用形成超分子聚合物的研究进展,着重概述了金属配位超分子聚合物的形成、特点及其与异电荷物质的静电自组装。

最近10年,超分子聚合物作为一种通过非共价键形成的自组装的高分子在高分子和小分子自组装领域备受瞩目。

顾名思义,这类分子具有超分子和聚合物的双重特点。

说它是超分子,是因为这类分子是由小分子单体通过氢键、主客体化学、配位键等非共价键连接而成的分子自组装结构;说它是高分子,是因为这样的自组装结构拥有数量众多的重复单元,就像由许多结构基元聚合而成的高分子一样。

不同的是,传统的高分子一般是在引发剂存在下,在一定温度和压力下通过聚合反应形成的,其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。

而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的,不需要任何引发剂。

由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。

超分子聚合物骨架中非共价键的存在,使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生,这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。

本文介绍氢键、主客体化学以及配位作用驱动的超分子聚合物的形成及特点,并着重介绍金属配位超分子聚合物,以及基于金属配位超分子聚合物的高级静电自组装。

1　氢键诱导的超分子聚合物———可自愈及修补的高分子 氢键诱导形成的超分子聚合物一般发生在两个能够形成多重氢键的分子体系。

两个分子中至少有两对互为对方的质子给体和受体的官能团,每个官能团都能与对方分子的官能团形成多重氢键。

超分子化学的开创者Lehn及其合作者[1]利用氢键形成的榫卯结构在具有双官能团的ADA2ADA型质子给体与DAD2DAD型质子受体的1:1混合体系中通过自组装形成6氢键连接的单体(A:Accep t or,质子受体;D:Doner,质子给体)(如图1A所示);这样的单体通过位于尾端的给2受体进一步进行自组装,最终形成高分子结构。