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高分子材料的自组装性质研究随着化学、生物学等学科的不断发展，高分子材料已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
高分子材料具有多种物理和化学性质，其中自组装性质更是探究的热点之一。
本文将从高分子材料的基础知识、自组装的概念和实现方法以及自组装性质的应用等方面来探究高分子材料的自组装性质研究。
一、高分子材料的基础知识高分子材料是指由聚合物组成的大分子化合物，通常是由同种或不同种单体按照一定的化学反应顺序和方法组成。
高分子材料是材料学中的重要分支，具有许多独特的物理化学特性，例如：轻、强、抗腐蚀、表面化学反应丰富等。
常见的高分子材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚酯及聚酰胺等。
二、自组装概念和实现方法自组装是高分子材料中的一个重要概念。
自组装是指分子自发地聚集成为有序的结构。
通常情况下，自组装可以通过分子之间的化学和物理相互作用来进行实现，例如：氢键、范德华力、静电相互作用等。
自组装通常具有选择性，可以控制组装形态和尺寸，也可以实现不同性质的物质之间的组装。
实现高分子材料自组装主要有以下三种方法：1. 溶液自组装在溶液中，高分子材料可以自发地形成有序结构。
常用方法包括溶剂挥发、混合物相分离和水热合成等。
2. 分子自组装在分子层面上，高分子材料可以通过分子之间的相互作用来实现自组装。
例如在分子间氢键和范德华力的作用下形成有序的结构。
3. 模板自组装模板自组装是通过在表面加入特定分子、电极、聚集体来构建特定的模板，利用模板区域有限的特性将高分子材料组装在模板上。
三、自组装性质的应用高分子材料自组装性质的研究充分体现了其在材料科学中的重要性。
自组装性质可以实现自组装纳米材料、光催化材料、自修复材料、传输电子的材料等。
1. 纳米材料通过自组装性质，可以实现高分子材料的自组装纳米材料。
通过不同的自组装方法可以得到不同的纳米结构，有些高分子纳米结构具有较好的表面积，从而提高了催化和传输性质。
2. 光催化材料利用高分子材料的自组装性质，可以实现光催化材料的构建。
超分子化学在材料科学中的应用在当今科技飞速发展的时代，材料科学作为一门关键学科，对于推动社会进步和解决各种实际问题起着至关重要的作用。
而超分子化学作为一个充满活力和创新的领域，正逐渐在材料科学中展现出其独特的魅力和巨大的应用潜力。
超分子化学，简单来说，是研究多个分子通过非共价键相互作用形成具有特定结构和功能的超分子体系的化学分支。
这些非共价键相互作用包括氢键、范德华力、静电作用、ππ堆积等。
与传统的依靠共价键形成分子的化学方法不同，超分子化学利用相对较弱但具有高度选择性和可逆性的非共价键相互作用，实现了分子自组装和自组织，从而构建出具有复杂结构和多样功能的超分子材料。
在材料科学中，超分子化学的应用十分广泛。
其中一个重要的应用领域是在纳米材料的制备方面。
通过超分子自组装，可以精确地控制纳米粒子的尺寸、形状和分布，从而赋予纳米材料独特的物理和化学性质。
例如，利用表面活性剂分子之间的相互作用，可以制备出具有特定形貌的纳米金颗粒，如纳米棒、纳米球等。
这些纳米金颗粒在催化、生物传感、药物输送等领域都有着重要的应用。
超分子化学在高分子材料领域也有着出色的表现。
通过引入超分子相互作用，可以改善高分子材料的力学性能、热性能和加工性能。
比如，利用氢键作用，可以制备出具有高强度和高韧性的超分子聚合物。
这种聚合物在受到外力作用时，氢键可以发生断裂和重组，从而吸收能量，提高材料的抗冲击性能。
此外，超分子相互作用还可以用于实现高分子材料的自修复功能。
当材料受到损伤时，通过适当的条件触发超分子相互作用，使材料能够自动修复裂缝和缺陷，延长材料的使用寿命。
在智能材料方面，超分子化学同样发挥着重要作用。
智能材料是指能够感知外界环境的变化，并做出相应响应的材料。
通过将超分子体系引入到材料中，可以实现材料对温度、pH 值、光照、电场等刺激的灵敏响应。
例如，基于冠醚和金属离子的配位作用，可以制备出温度响应型的超分子凝胶。
当温度升高时，金属离子与冠醚的配位作用减弱，导致凝胶发生相变，从固态转变为液态。
超分子化学中的自组装现象超分子化学是一门研究分子之间相互作用以及由此产生的自组装现象的学科。
自组装是指分子在没有外界干预的情况下，根据其内在的化学性质和空间构型，自发地组装成有序的超分子结构。
自组装现象在生物体内普遍存在，也在材料科学、纳米技术等领域具有重要应用价值。
自组装现象的研究源远流长。
早在19世纪，科学家们就开始对晶体结构进行研究，发现晶体是由原子或分子有序排列而成的。
这种有序排列是由分子之间的相互作用力所决定的。
随着科学技术的发展，人们逐渐认识到分子间的相互作用力不仅仅是简单的化学键，还包括范德华力、氢键、疏水作用等。
这些相互作用力的存在使得分子在特定条件下能够通过自组装形成各种有序的超分子结构。
自组装现象在生物体内的重要性不言而喻。
例如，蛋白质的折叠过程就是一种自组装现象。
蛋白质通过氢键、疏水作用等相互作用力，将氨基酸序列折叠成特定的三维结构，从而实现其功能。
此外，细胞膜的形成也是一种自组装现象。
细胞膜由脂质分子组成，脂质分子通过疏水作用自组装成双层结构，形成了细胞膜的基本骨架。
在材料科学领域，自组装现象也具有广泛的应用价值。
例如，通过控制分子间的相互作用力，可以制备出具有特定功能的纳米材料。
研究人员可以通过改变溶剂、温度、浓度等条件，来控制分子的自组装行为，从而制备出具有特定形状和性质的纳米结构。
这些纳米结构在光电子、催化、传感等领域都有着重要的应用。
除了生物体和材料科学领域，自组装现象还在药物传递、环境修复等领域具有潜在的应用价值。
例如，研究人员可以通过控制分子间的相互作用力，将药物分子自组装成纳米粒子，以提高药物的溶解度和稳定性，从而实现药物的高效传递。
此外，自组装现象还可以应用于环境修复领域，通过控制分子的自组装行为，将有害物质吸附在纳米材料上，从而实现对污染物的高效去除。
总之，超分子化学中的自组装现象是一门具有重要理论意义和实际应用价值的学科。
通过研究分子间的相互作用力和自组装行为，我们可以深入理解生物体的功能机制，制备出具有特定功能的纳米材料，实现药物的高效传递，以及对环境污染物的高效去除。
超分子自组装等离子体材料的合成及应用超分子自组装等离子体材料是一种新型的材料，具有许多优良的性质，因此在科学研究和应用中广泛受到关注。
在本文中，我们将讨论超分子自组装等离子体材料的合成及应用。
一、超分子自组装等离子体材料的基本原理超分子自组装等离子体材料是由分子自组装形成的一种结构，其中分子可以是有机分子、无机分子或生物分子。
在自组装过程中，分子之间通过分子间力（如氢键、范德华力等）进行相互作用，形成一个由无数分子组成的结构。
等离子体则是一种带正电荷的高能物质，可以通过激光等能量输入手段产生。
等离子体具有高温、高压、高能等特点，可在多种材料中形成亚微米甚至纳米级的微小体积区域，从而形成一种具有特殊结构和性质的材料。
将超分子自组装材料与等离子体相结合，则会形成具有更优异性质的新型材料。
这种材料可以在电子学、光电子学、纳米科技以及生物医学等领域中有广泛的应用。
二、超分子自组装等离子体材料的合成方法超分子自组装等离子体材料的合成方法主要包括两种：自组装法和等离子体法。
1. 自组装法自组装法是一种简单易行的方法，通过将分子在溶液中自由运动，利用静电相互作用、氢键等分子间力使其自组装形成一定结构的方法。
这种方法实验条件易于控制，合成的超分子自组装材料稳定性好，且不易受外力打破。
但该方法的缺点是无法制备大量的材料。
2. 等离子体法等离子体法是将超分子自组装材料暴露在等离子体中，等离子体的能量和化学反应是使超分子自组装材料产生物理或化学变化的主要原因。
这种方法制备的超分子自组装等离子体材料数量大，其材料结构和性质较为复杂，可用于各种领域的应用。
但在实验过程中需要注意等离子体在材料表面的沉积过程，环保也是该方法需要考虑的问题。
三、超分子自组装等离子体材料的应用超分子自组装等离子体材料具有许多优异性质，可以应用在多个领域中，下面将以电子学、纳米科技以及生物医学三个领域作简要介绍。
1. 电子学领域超分子自组装等离子体材料可以作为电子元件的制备材料。
超分子化学与自组装随着科学技术的不断进步，超分子化学和自组装已经成为一个热门话题。
超分子化学是一种通过设计、合成和控制分子之间的非共价相互作用来实现特定功能的工具，而自组装是利用分子本身的物理和化学性质形成有序结构的过程。
本文将重点介绍超分子化学和自组装的定义、原理和应用。
一、超分子化学的定义和原理超分子化学是研究非共价相互作用（如氢键、范德华力、静电相互作用等）所形成的一类化学计量组分的结构和功能的科学。
超分子可以被定义为由两个或多个分子通过非共价的相互作用而构成的稳定的结构单元。
超分子不是通过化学键连接的分子，而是通过非共价作用连接的。
这种组合具有多种独特的性质，例如选择性识别、自组装和自修复能力，因此广泛应用于诸如受体、传感器、材料和催化剂等领域。
超分子化学的原理是基于分子之间的相互作用。
相互作用的种类多种多样，例如氢键、范德华力、静电相互作用、π-π相互作用、疏水相互作用等。
其中，氢键作为一种极为重要的非共价相互作用，广泛存在于自然界和化学领域中。
通过精确控制非共价相互作用，可以构建特定的超分子系统。
二、自组装的定义和原理自组装是指分子或离散分子集合通常通过非共价相互堆积、收缩、条件反应等方式在合适外部条件的控制下自发组装成稳定的有序结构。
自组装具有多样性、可预测性、高度组合性的优势。
自组装等同于自组织、自组织化、自动组装等。
自组装的原理是分子之间的相互作用。
分子间的各种相互作用可以分为静电作用、范德华力、氢键作用、金属-配体相互作用和疏水作用等。
通过精确调控这些成分的物理和化学参数可以实现可控的自组装过程。
三、超分子化学与自组装的应用超分子化学和自组装可以应用于各类领域。
例如化学生物学、药物发现与开发、生命科学、材料科学和能源科学等。
在化学生物学中，超分子和自组装被广泛应用于蛋白质、核酸、多肽和糖等生物大分子的分子识别和信号转导研究中。
利用分子之间的非共价相互作用进行精细的分子设计，有助于制备高选择性和高亲和力的分子抑制剂、生物标记物和图像研究工具。
超分子自组装体的组装机制与性质研究超分子自组装体是一类由分子间相互作用所形成的具有特定结构和性质的纳米级结构体。
它们由分子间的非共价相互作用力驱动形成，如范德华力、氢键、离子键等。
超分子自组装体的组装机制和性质研究对于理解生命起源、构建纳米材料以及开发新型药物等具有重要意义。
一、超分子自组装体的组装机制超分子自组装体的组装机制可以分为两种类型：非共价驱动型和共价驱动型。
非共价驱动型的组装机制是指分子间的非共价相互作用力在组装过程中起主导作用。
其中最常见的是范德华力。
范德华力是由于分子间电子云的极化而产生的吸引力，主要包括分子间的静电相互作用、偶极-偶极相互作用和诱导力等。
范德华力的强弱受分子间距离、分子极性和分子形状等因素的影响。
通过调控这些因素，可以实现不同形状和尺寸的超分子自组装体的组装。
另一种非共价驱动型的组装机制是氢键。
氢键是一种特殊的化学键，由氢原子与电负性较高的原子（如氧、氮和氟）之间的相互作用力所形成。
氢键的强度和方向性使其在超分子自组装体的组装中起到关键作用。
通过调整氢键的数目和角度，可以控制超分子自组装体的结构和形貌。
共价驱动型的组装机制是指分子间的共价键在组装过程中起主导作用。
这种机制通常需要通过化学反应来形成共价键。
例如，通过自由基聚合反应可以实现分子链的组装，从而形成线性或支化的超分子自组装体。
二、超分子自组装体的性质研究超分子自组装体的性质研究主要包括力学性质、光学性质和电学性质等方面。
力学性质是指超分子自组装体的力学行为和力学性能。
通过力学测试仪器可以测量超分子自组装体的弹性模量、屈服强度和断裂伸长率等力学参数。
这些参数可以反映超分子自组装体的稳定性和可塑性。
光学性质是指超分子自组装体对光的吸收、发射和传导等行为。
通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱等技术可以研究超分子自组装体的光学性质。
这些性质对于构建光电子器件和光敏材料具有重要意义。
电学性质是指超分子自组装体在电场作用下的行为和性能。
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。
超分子结构对光电材料性能的影响关键信息项1、超分子结构的定义与分类名称：＿___________________________描述：＿___________________________2、光电材料性能的指标与评估方法指标：＿___________________________评估方法：＿___________________________3、超分子结构影响光电材料性能的机制机制：＿___________________________相关理论：＿___________________________4、实验设计与研究方法实验步骤：＿___________________________数据采集与分析方法：＿___________________________ 5、成果归属与知识产权成果所有权：＿___________________________知识产权分配：＿___________________________6、保密条款保密内容：＿___________________________保密期限：＿___________________________11 引言本协议旨在探讨超分子结构对光电材料性能的影响，明确各方在研究过程中的权利和义务，促进研究的顺利进行和成果的有效应用。
111 背景随着科技的不断发展，光电材料在诸多领域如太阳能电池、发光二极管等方面的应用日益广泛。
超分子结构作为一种特殊的分子组织形式，对光电材料的性能具有重要的影响。
深入研究这一影响机制，对于开发高性能的光电材料具有重要的理论和实际意义。
112 目的本研究的目的在于系统地分析超分子结构与光电材料性能之间的关系，揭示其内在的影响规律，为光电材料的设计和优化提供科学依据。
12 超分子结构的定义与分类超分子结构是指通过非共价键相互作用（如氢键、范德华力、ππ堆积等）将分子或离子组装成具有特定结构和功能的有序体系。
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (1), 126收稿：2023-05-17；录用：2023-06-29；网络发表：2023-07-06*通讯作者，Email:**************.cn基金资助：国家自然科学基金(21975145)•化学实验• doi: 10.3866/PKU.DXHX202305057 宏观非平衡超分子自组装综合实验赵婷，李盼盼，王旭*山东大学化学与化工学院，国家胶体材料工程技术研究中心，济南 250100摘要：为了使化学及相关专业本科生掌握水凝胶材料的基本特点及其在宏观非平衡超分子自组装领域的应用，介绍了一个研究型大学化学综合实验——宏观非平衡超分子自组装综合实验。
本实验主要包括基于均相自由基聚合的聚电解质水凝胶的制备方法、基于尿素-脲酶计时反应的宏观非平衡超分子自组装体系的构建方法、组装体性能表征、非平衡组装及解组装的机制探究等内容。
通过本实验的实践，可加深学生对超分子相互作用的理解；掌握相关的聚合物水凝胶的制备和表征方法；以及巩固一些常用仪器的使用方法。
通过教学和实践相结合的方法，建立起教学和科研的桥梁，扩宽学生科学视野，激发研究兴趣，培养学生的创新能力以及科学思维。
关键词：超分子相互作用；非平衡组装；聚电解质水凝胶；脲酶；化学综合实验中图分类号：G64；O6Comprehensive Chemical Experiment of Macroscopic Non-Equilibrium Supramolecular Self-AssemblyTing Zhao, Panpan Li, Xu Wang *National Engineering Research Center for Colloidal Materials, School of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong University, Jinan 250100, China.Abstract: In order to enable undergraduate students majoring in chemistry and related fields to understand the basic characteristics of hydrogel materials and their applications in macroscopic non-equilibrium supramolecular self-assembly, we have introduced a comprehensive research-oriented experiment titled “Macroscopic Non-equilibrium Supramolecular Self-Assembly Experiment”. This experiment mainly includes the preparation method of polyelectrolyte hydrogels based on homogeneous free radical polymerization, the construction method of macroscopic non-equilibrium supramolecular self-assembly system based on urea-urease timing reaction, characterization of assembly performance, and exploration of the mechanisms of non-equilibrium assembly and disassembly. Through the practice of this experiment, students can deepen their understanding of supramolecular interactions, master the preparation and characterization methods of relevant polymer hydrogels, as well as consolidate the use of some commonly used instruments. By combining teaching and practice, we establish a bridge between teaching and scientific research to broaden students’ scientific perspectives, stimulate their research interests, and cultivate students’ innovative abilities and scientific thinking.Key Words: Supramolecular interactions; Non-equilibrium assembly; Polyelectrolyte hydrogels; Urease;Comprehensive chemical experiment自然界中的非平衡组装是一个常见且重要的过程[1,2]。
高分子材料的超分子自组装研究高分子材料的超分子自组装研究摘要：超分子自组装是一种将分子通过非共价相互作用力聚集成有序结构的方法。
它在高分子材料领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍超分子自组装的基本原理、分类以及在高分子材料中的应用，并对当前研究进展进行了总结和展望。
关键词：超分子自组装；高分子材料；非共价相互作用力；应用前景引言超分子自组装是一种通过非共价相互作用力将分子聚集成有序结构的技术。
不同于传统的化学合成方法，超分子自组装能够利用分子之间的非共价相互作用力，如氢键、范德华相互作用力和π-π堆积等，实现高度有序的结构组装。
近年来，超分子自组装在高分子材料领域得到了广泛的应用，并展现出了巨大的潜力。
本文将对超分子自组装的基本原理、分类以及在高分子材料中的应用进行介绍，并对当前研究进展进行总结和展望。
一、超分子自组装的基本原理超分子自组装是一种将分子通过非共价相互作用力聚集成有序结构的技术。
这种自组装过程由分子之间的非共价相互作用力主导，包括氢键、范德华相互作用力、离子-离子相互作用力和π-π堆积等。
这些相互作用力可以帮助分子彼此靠近并形成稳定的结构。
超分子自组装可以形成不同的有序结构，如纤维状结构、胶态结构和粉末状结构等。
根据超分子自组装的机理和性质，可以将其分为静态自组装和动态自组装两类。
静态自组装是指分子通过非共价相互作用力在纳米尺度上聚集成有序结构，而动态自组装是指分子通过非共价相互作用力在亚微米尺度上聚集成有序结构。
二、超分子自组装在高分子材料中的应用超分子自组装在高分子材料中有着广泛的应用前景。
首先，超分子自组装可以用于制备具有特殊功能的高分子材料。
通过调控分子之间的非共价相互作用力，可以实现高分子材料的自组装和自组织，从而获得特殊的物理和化学性质。
例如，可以通过超分子自组装制备具有自修复性、自感应性和自适应性的高分子材料，这些材料具有良好的应变能力和自我修复能力，在材料工程和生物医学等领域有着重要的应用。
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]。
由于脲基-嘧啶酮（UPy）端基可以引入大量遥爪低聚物，并且容易二聚化，导致线性链延伸，易于生产热可逆的超分子聚合物材料，因此广泛应用于氢键自修复超分子聚合物中[6]。
研究[7]表明，UPy封端的聚（己内酯）（PCL）作为修饰涂层在铝表面被刮擦后，将其加热到140 ℃，由于其高温依赖性粘度的显著降低，样品在数秒内完全愈合。
UPy基水凝胶的自愈作用也被证实（图2）。
将含有15 wt％的聚乙二醇/UPy系水凝胶的凝胶切断，通过使两片接触而迅速自愈[8]。
a b c d图2 UPy基水凝胶的自修复过程(a)心形水凝胶，(b)压缩显示弹性，(c)切割成两部分，(d)自修复后的心形水凝胶[8]2008年报道了第一种设计用于自修复的氢键超分子热塑性弹性体[9]。
这种物质很容易用两步法从脂肪二酸和三酸的混合物中合成得到，首先将混合物与二亚乙基三胺缩合，然后与尿素反应（图3）。
得到的多分散支化低聚物可以通过N-H和C=O之间多组强相互作用氢键单元形成玻璃化转变温度（Tg）为28 ℃的超分子玻璃状网络。
为了在环境条件下自我修复，需要用十二烷烃增塑。
结果表明，得到的软橡胶（Tg=8 ℃）的断裂伸长率超过500％，并且受损后修复3小时便可显示出与原始材料相同的机械性能。
然而如果切割样品的两部分不立即接触（3 h内），则治愈效率迅速降低。
这是因为切割处暴露出来的氢键单元最终会与附近的互补单元组装，不再可用于修复裂缝空隙。
图3 氢键自修复软弹性体的合成方法[9]Zhang等人[10]用直链和支链羧酸封端的聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）预聚物的混合物取代了上述弹性体中的脂肪酸部分，所得材料的Tg为-113 ℃，并且在室温下无需增塑剂便可以实现自修复。
与之前的弹性体类似，如果橡胶在切割后立即被修补（<1 min），则这些材料的拉伸性能基本恢复。
从上述例子中可以看出软橡胶或凝胶体系易于自主愈合，而较硬的自修复材料由于分子流动受限，其合成似乎更具挑战性。
Chen等人[11]设计了一种聚（丙烯酰胺）（侧链平均聚合度约为186）接枝聚苯乙烯主链（DP≈114）的刷形超分子聚合物（图4），其中微相分离形成了共价硬相和非共价连接性的软相。
在这种情况下，硬段赋予了材料刚性，而高度可移动的非共价软相促进了自修复。
聚合物链塌陷成核-壳型，随后自组装成纳米相分离结构。
在酰胺单元之间的氢键构成了一个由聚苯乙烯硬结构域增强的超分子软网络。
控制聚苯乙烯和聚丙烯酰胺段的比例，可以得到杨氏模量在10和36 MPa之间，断裂伸长率在300和1600％之间的材料。
用刀片切割样品并在25 ℃下将两部分合在一起进行研究自修复性能，通过拉伸试验在不同的愈合时间测量自修复效率。
结果表明，断裂应变在24 h几乎完全恢复（92％），然而50％应变下的杨氏模量、屈服强度和应力15 min便可全部恢复。
对上述材料进行调整，将聚丙烯酸酯酰胺壳接枝到交联的聚苯乙烯纳米粒子上，并研究这些纳米材料的自修复性质发现，具有最长电晕链长度的纳米材料几乎可以完全愈合，断裂伸长率可以超过2000％。
图4 多相自修复刷形超分子聚合物设计示意图：a氢键刷聚合物在加工过程中自组装成两相纳米结构形态b软刷之间的超分子连接可以在应力下可逆地破裂和重建[11]2 π-π堆叠自修复超分子聚合物π-π堆叠作用是发生在苯环之间的弱相互作用力，这种苯环需要保证一部分是缺电子的，另一部分是富电子[12]。
这种作用已经在超分子化学中得到广泛的应用。
并且已经证明通过π-π相互作用形成的芳香电子供体-受体折叠体具有自修复功能[13]。
当温度升高时，材料的受损伤部位的网络被破坏，在高温时开始流动，而当温度下降时，聚合物自修复材料会因π-π堆叠效应而形成新的交联网络，体现出了材料的自修复能力。
Burattini等人[14]以遥爪聚氨酯和聚酰亚胺为原料，制备了一种具有自修复功能的超分子弹性体。
聚酰亚胺中的双（二酰亚胺）链与遥爪聚氨酯中的芘基残基通过电子互补π-π堆叠相互作用形成折叠链结构，从而形成了超分子网络（图5），并且通过三重π-π堆叠实现了自修复。
通过紫外和荧光光谱可以证明自修复弹性体内π-π堆叠效应的存在。
力学测试发现聚合物的自修复效率可达到95%以上，断裂伸长率也达到了原样条的90%以上。
另一系列的自修复超分子材料也被报道[15]，其中以镊子型联苯乙烯为端基的材料的拉伸模量为1.5 MPa，具有较高的断裂伸长率。
当在140 ℃下修复160 min后，拉伸模量完全恢复。
图5 顶部：链式折叠聚酰亚胺的结构1，n的平均值是6，p和q的平均值约为7；底部：（a）聚酰亚胺1（由链段q表示）中的双（二酰亚胺）链折叠与芘基残基之间的电子互补π-π堆叠相互作用结构和（b）能量最小化模型，（c）在聚酰亚胺1和双（芘基）封端的聚合物之间形成的超分子网络[14]尽管这些体系已经分子水平上成功地进行了设计和优化，，但是与大多数超分子材料一样，它们通常是弹性体，玻璃化转变温度远低于室温。
因此它们不适用于需要高模量刚性材料的领域。
3 金属配位型自修复超分子聚合物利用金属-配体相互作用的超分子材料近年来也被广泛研究。
这些超分子中的动态金属-配体相互作用形成了可逆的网络结构，可以实现一定条件下的解聚和重聚，为自修复提供了条件。
Schubert等人[16]以聚N-异丙基丙烯酰胺为主链，利用二价金属（如Fe2+或Zn2+）与2,2’:6’,2’’-三联吡啶（tpy）端基之间的动态金属-配体相互作用，使得材料可以可逆地聚合和解聚。
图6 光热自修复金属超分子聚合物的合成与机理：a金属超分子的光学修复过程及相分离网络，b金属超分子聚合物的合成过程[17]2011年，Rowan等人[17]报道了利用金属-配体相互作用制备自修复材料的第一个例子。
由过渡金属盐或镧系金属盐络合低分子量二元大分子单体聚合得到了一种金属超分子聚合物（图6），实验显示，这种聚合物制得的金属超分子复合材料被刮擦损坏后，无需直接热刺激，仅暴露在紫外光下便可进行自修复。
2,6-双（10-乙基苯并咪唑基）吡啶（Mebip）封端的乙烯-丁烯共聚大分子单体与Zn(NTf2)2或La(NTf2)3络合（图6b），制备了弹性柔性材料。
这种材料具有微相分离的层状形态，其中硬相由金属-配体络合物组成，交联了由遥爪大分子单体核构成的软相（图6a）。
这种形态与之前的氢键超分子聚合物类似。
Mebip-金属络合物在310 nm和340 nm处具有最大值的复合吸收带，因此近紫外区域的辐射可以激发相应的跃迁。
由于荧光量子产率低，所吸收的光能转化为了热量，使得金属-配体络合物可以发生可逆解离。
将受损样品暴露在UV光（320-390 nm，强度为950 m Wcm-2）下不超过一分钟，发现照射区域愈合了，并且没有降解。
脱络合时，金属超分子聚合物的分子量和粘度会大大降低，材料可以流动并形成了新的络合，从而使材料快速有效地实现了自修复。
由于聚合物的橡胶块是不良的热导体，所以在光热能转换过程中，只有直接暴露于光的区域附近发生了自修复。
力学分析显示，完全修复的材料的原始力学性能重新建立，自修复效率高达100％。
4 总结与展望利用超分子中可逆的相互作用可以将其应用于自修复领域，本文综述了氢键、π-π堆叠和金属配位型自修复超分子材料的研究进展。
从例举出的各种例子可以看到通过调节成分、修饰端基来调节相互作用的强度、多样性，都可以来改善自修复和自身机械性能。
值得注意的是举出的例子中多次提到了微相分离，特别是在较硬的氢键自修复超分子中，利用共价硬相和非共价键连接的软相分离，可以达到硬相提供强度，柔性的软相提高韧性，从而形成较强较韧材料的作用。
微相分离较为熟悉的是聚氨酯中的应用，使得聚氨酯有着突出的强韧性，并且通过改变异氰酸酯的种类和比例可以调节它的机械性能，使其应用与各种领域。
因此，我认为提高对微相分离的重视性，尝试调节组成和比例去改变相结构，调节出合适的相结构是兼顾自修复性能又能打破超分子聚合物在机械性能方面局限的有效途径。
另外，自修复的条件也是一个需要改善的方向，虽然有些研究已经可以在常温下进行自修复，但是还是有很多体系比如大多数π-π堆叠超分子都必须加热进行修复，可以通过调节或引入其他的效应改善自修复条件。
结合多重效应或引入入可逆共价键，充分发挥各效应的协同作用也是现在各种研究的趋势之一，目前超分子自修复已开始将氢键相互作用力与其它作用力相结合，但是仍需要更多样性的结合兼以更细致的调节来提高自修复超分子的修复性能、机械性能，改善自修得复条件。
总的来说，自修复超分子的设计合成等开创性的工作也基本完成了，但仍然面临者重大的挑战，尤其是兼具优良自修复性能和机械性能的的超分子聚合物的设计合成，围绕这方面，更多的研究应该展开，将自修复超分子更多地应用在实际的工业生产中。
