糅合配位键与弱共价键的响应性超分子聚合物 - 合成、性能及作用机理研究

通过CuAAC'点击'化学结合ATRP进行简易、高效、可控的配体基团之间聚合物链上带有力致变色染料基团的大分子配体合成，再通过金属离子的选择与使用，构建一类糅合金属-配体非共价作用力以及弱共价键的仿生型多重响应性超分子聚合物；通过谱学、光学、流变力学等手段进行多尺度、多维度物理化学表征分析结构与性能的关系。重点研究该复杂超分子聚合物体系的力致响应，如"变色龙"型力致变色响应及其对材料破坏的警示功能，以及力学响应，如变化的仿肌联蛋白力学性能；研究基于金属-配体作用力的自修复行为；研究通过系列变化的金属-配体作用力，调控超分子聚合物结构以及力致染料变色响应；并通过力致染料变色响应研究揭示金属-配体作用力的性质和超分子聚合物的结构；分析探明金属-配体非共价作用力、弱共价键、超分子聚合物结构以及响应性之间的相互关联。

本研究将CuAAC“点击”化学和多种聚合方法结合，成功制备了配体基团之间聚合物物链上带有力致变色染料基团的大分子配体，并通过多种测试手段对其性能进行了详细的表征。（1）利用CuAAC“点击”化学制备了配体单元，并研究其与不同金属离子的配位作用；（2）成功制备了基于金属-配体超分子相互作用的具有多重响应性和自修复功能的凝胶材料和薄膜材料；（3）将小分子力色团螺吡喃SP引入嵌段聚合物的主链中，研究分析不同微相分离结构对SP力致变色功能的影响；（4）同时将金属-配体非共价键与弱共价键SP引入到聚合物主链中，制备具有仿肌联蛋白模块单元结构的聚合物。该聚合物具有优异的力学性能和应力警示功能；（5）证明（4）中的材料设计方法可以成功的被拓宽到基于其他超分子作用力单元的体系；（6）系统性的研究了材料在外力作用下微观尺寸的结构演化，提出了基于超分子作用力的增韧增强机理。阐述了在含有多种受力敏感单元（金属-配体非共价键作用力、氢键非共价键作用力和弱共价键）存在下超分子聚合物结构以及响应性之间的相互关系。