环境刺激响应有机小分子凝胶自组装行为及形貌研究

【摘要】有机小分子凝胶作为一种基于有机小分子之间非共价键相互作用(如氢键,π-π,亲疏水,范德华力等)形成具有一定空间结构的微观形貌,通过表面张力作用使整个溶剂体系凝胶化。作为一种新型的智能型软材料,近年来人们对其产生了浓厚的兴趣。因为有机小分子凝胶对外界环境刺激具有独特的响应性,分子间通过各种弱相互作用的协同和竞争形成多种多样的微观形貌,此类材料将有可能在药物缓释,细胞培养,无机纳米材料模板剂等多个领域得到应用。本论文设计合成了三种有机小分子凝胶因子,在此基础上对有机小分子凝胶在外界环境刺激下所引起的成胶性能,微观形貌,分子堆积方式的改变进行了详细的研究。全文包括以下四个部分：1.大面积蜂窝状纳米结构的制备1)设计合成一种两端分别是胆甾和金刚烷基团,中间是萘酐和小肽的新型有机小分子凝胶因子,利用酰胺键的氢键,胆甾基团的疏水作用和金刚烷基的空间位阻效应制备出具有高度有序的空间纳米结构材料。2)此种有机小分子凝胶因子可以使多种有机溶剂凝胶化并且在不同的溶剂中形成的微观形貌各有不同,其中在二氯甲烷溶液中可以形成大面积有序的蜂窝状纳米结构。我们提出了由空心囊泡状结构向六方网格状结构转变的形成机理。2.通过超声诱导实现空心囊泡状到三维网络状纳米结构之间的可逆转变1)在工作1的基础上,去掉萘酐基团,通过加热冷却和超声诱导的方法可以实现对微观形貌的可控调节。2)此种分子在20mg/mL的乙醇溶液中通过加热冷却的方法并不能形成凝胶而是白色浑浊的沉淀,此种沉淀的微观形貌是空心球状纳米结构。当此溶液加热全溶后经过超声处理即可形成白色凝胶,取少量样品观察发现形成的形貌是三维网络状结构。3)我们对空心球状结构和三维网络状结构的形成机理进行了研究,提出了分子堆积方式在超声诱导下发生改变从而引起微观形貌变化的形成机理。3.在同一体系中制备纳米带、纳米线、纳米管、纳米球四种典型的微观形貌1)基于环糊精和金刚烷基之间的超分子相互作用,我们将环糊精引入到由含有金刚烷基的有机小分子凝胶因子所形成的凝胶体系当中。加入环糊精后,形貌由带状向纤维状转变,其中纳米线的形貌高度均一,以平行方式紧密排列在一起,宽度约25纳米,长度达到几微米,长宽比可以达到1000：1。进一步向体系中加入水,纳米线逐渐转变成纳米管和纳米球。这样我们在同一体系中通过简单的调节分别制备出了纳米带,纳米线,纳米管和纳米球状的结构形貌。2)我们对机理的研究表明凝胶因子和环糊精之间的相互作用以及环糊精空腔的疏水作用是形貌演变的主要推动力。4.通过浓度调节的方法实现纳米带到纳米纤维的转变1)我们设计合成了一端是芴甲氧羰基,一端是叔丁基甲氧羰基,中间由乙二胺相连的分子。这种分子能使多种溶剂凝胶化并且通过自组装作用形成空间一维有序纳米结构。2)通过浓度的调节,凝胶的微观形貌由带状逐渐转变成纤维状结构。此种纳米纤维具有极高的长宽比,分子与分子之间以层状结构排列。
【作者】张明明；
【导师】易涛；
【作者基本信息】复旦大学，无机化学，2012，博士
【关键词】有机小分子凝胶；形貌；超声诱导；浓度调节；自组装；

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