【摘要】：力化學(xué)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化學(xué)合成以及功能材料改性中,可以誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)甚至改變反應(yīng)路徑。從單個(gè)分子層面理解分子在受外力作用時(shí)的變化過程以及變化機(jī)理,為開發(fā)新型機(jī)械力響應(yīng)功能材料提供了理論基礎(chǔ)并指明了拓展方向。本論文采用基于原子力顯微鏡的單分子力譜技術(shù),從單分子層面定量化探究高分子鏈段以及力響應(yīng)功能基團(tuán)在外力誘導(dǎo)下構(gòu)象變化、構(gòu)型變化和化學(xué)鍵斷裂。論文第一章,陳述了力化學(xué)的發(fā)展歷史以及本論文的研究背景。詳細(xì)介紹了原子力顯微鏡技術(shù)以及基于原子力顯微鏡的單分子力譜儀器的工作原理、基本構(gòu)成以及應(yīng)用范圍。論文第二章,合成了聚苯乙炔及其衍生物,并利用圓二色譜法以及差示掃描量熱法對(duì)高分子主鏈構(gòu)象進(jìn)行了表征,確定在具有較大側(cè)基時(shí)高分子主鏈的穩(wěn)定構(gòu)象為全順式的螺旋構(gòu)象。利用單分子力譜技術(shù)研究了單取代聚苯乙炔高分子主鏈在外力作用下由全順式構(gòu)象向全反式構(gòu)象轉(zhuǎn)變的過程。結(jié)果表明,隨著拉伸力的增加,高分子主鏈會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)轉(zhuǎn)變過程:全順式-順反交替式的構(gòu)象轉(zhuǎn)變以及順反交替式-全反式的構(gòu)型轉(zhuǎn)變。由全順式構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)轫樂词綐?gòu)象所需力值較低,僅為80 pN左右;由順反式向全反式的構(gòu)型轉(zhuǎn)變所需力值較高,約為800 pN。且撤銷外力后,此兩個(gè)過程完全可逆。這一結(jié)果顛覆了以往人們對(duì)于共軛高分子在溫和條件下構(gòu)型轉(zhuǎn)變不可逆的認(rèn)知。此外,考察了碘摻雜對(duì)高分子主鏈螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)碘單質(zhì)的加入,在一定程度上破壞了螺旋結(jié)構(gòu)的完整性,使其穩(wěn)定性降低。這一結(jié)果為人們研究高分子摻雜的機(jī)理提供了參考。論文第三章,考察了側(cè)基大小、側(cè)基極性、手性基團(tuán)以及氫鍵效應(yīng)對(duì)單取代聚苯乙炔高分子主鏈全順式螺旋構(gòu)象穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,側(cè)基越大,空間位阻效應(yīng)越明顯,則主鏈螺旋結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,表現(xiàn)為單分子力譜中“平臺(tái)”力值越高;溶劑極性與高分子側(cè)基的極性越相近,主鏈螺旋構(gòu)象越穩(wěn)定;當(dāng)高分子側(cè)鏈上具有手性基團(tuán)時(shí),能夠幫助穩(wěn)定主鏈的螺旋構(gòu)象;分子內(nèi)氫鍵的形成,有助于保持高分子主鏈螺旋結(jié)構(gòu)的完整性。以上結(jié)論對(duì)于調(diào)控自然狀態(tài)下高分子主鏈構(gòu)象具有指導(dǎo)作用。論文第四章,研究了帶有肉桂酸二聚體機(jī)械力響應(yīng)基團(tuán)的高分子在受外力作用時(shí)的開環(huán)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,四元環(huán)基團(tuán)在溶液中能夠穩(wěn)定存在。當(dāng)受到外力拉伸作用時(shí),四元環(huán)基團(tuán)發(fā)生開環(huán)反應(yīng),同時(shí)釋放“隱藏長度”。對(duì)于不同構(gòu)型的肉桂酸二聚體,開環(huán)反應(yīng)所需力值有明顯差別:當(dāng)四元環(huán)為順式構(gòu)型時(shí),開環(huán)力值約為1 nN;當(dāng)為反式構(gòu)型時(shí),開環(huán)力值約為2 nN。這種雙重力響應(yīng)機(jī)制使肉桂酸二聚體高分子成為制備多重-力響應(yīng)功能材料的良好備選。論文第五章,研究了具有螺噻喃功能基團(tuán)的高分子在受外力作用時(shí)的開環(huán)反應(yīng)。研究結(jié)果表明,當(dāng)單根高分子鏈?zhǔn)艿?00 pN以上的外力作用時(shí),螺噻喃基團(tuán)發(fā)生開環(huán)反應(yīng),形成穩(wěn)定的部花青結(jié)構(gòu),同時(shí)釋放長度。與含肉桂酸功能基團(tuán)的高分子不同的是,在外力撤銷后螺噻喃基團(tuán)能夠重新形成。并且這種可逆的開環(huán)-閉環(huán)反應(yīng)伴隨著宏觀上顏色的變化。這一同時(shí)具有力學(xué)以及光學(xué)雙重響應(yīng)的高分子對(duì)于制備新型的多功能材料提供了潛在可能。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.12

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉云圻;;LB膜[J];化學(xué)通報(bào);1988年08期

2 ;過渡金屬硫化物單分子層[J];化學(xué)進(jìn)展;1996年02期

3 艾仕云;單分子層負(fù)載技術(shù)[J];泰安師專學(xué)報(bào);1996年05期

4 李來明;王瑋;席時(shí)權(quán);;水面單分子層膜的原位光譜測定方法[J];化學(xué)通報(bào);1991年05期

5 曹玲;電磁測量技術(shù)在單分子層膜參數(shù)測試中的應(yīng)用[J];電測與儀表;1997年09期

6 張世超,譚杰,魏建森,潘敏子,周玉楓;單分子層復(fù)合微粉研究[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);1997年03期

7 王瑋，，黃瑛，李來明，郭寧，席時(shí)權(quán);界面有序單分子層膜結(jié)構(gòu)的紅外和拉曼光譜表征[J];光譜學(xué)與光譜分析;1995年02期

8 王少鵬,隋森芳;磷脂與膽固醇混合單分子層(LB膜)結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究[J];生物物理學(xué)報(bào);1991年03期

9 張誼華,徐奕德,石映禎,倪月琴;MoO_3/γ-Al_2O_3催化劑單分子層特性的表征[J];催化學(xué)報(bào);1987年01期

10 葛世名;;單分子水的鑒定、制備、性能及應(yīng)用[J];前沿科學(xué);2017年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 童躍進(jìn);關(guān)懷民;胡炳環(huán);林妹;徐建偉;何超斌;;磁存儲(chǔ)硬盤單分子層潤滑膜的制備、結(jié)構(gòu)與性能[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（3）[C];2007年

2 林碧洲;張進(jìn)飛;孫東亞;許百環(huán);;羥基鉻柱撐二硫化鉬的制備及其催化加氫性能[A];中國化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（下冊(cè)）[C];2006年

3 裴小科;林碧洲;張進(jìn)飛;;鋁簇柱撐MoS_2復(fù)合材料及其對(duì)硫化物催化氧化作用[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

4 房喻;丁立平;;基于單分子層化學(xué)的熒光傳感薄膜—從基礎(chǔ)研究到儀器創(chuàng)制[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第05分會(huì)場摘要集[C];2010年

5 董亞明;;利用單分子層氣—液界面特性研究(2,3-碘化二-(十八�；�)丙基)三甲銨的化學(xué)物理特性[A];華東三省一市第三屆真空學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2000年

6 蘇昕;;基于核酸短暫雜交的單分子檢測方法[A];第十屆全國化學(xué)生物學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2017年

7 劉靜;雷海瑞;花盼盼;房喻;;基于離子液體微陣列的單分子層熒光薄膜的構(gòu)建及其氣相傳感應(yīng)用[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十一分會(huì)：膠體與界面化學(xué)[C];2016年

8 馬源;雷海瑞;劉自如;嚴(yán)軍林;劉靜;;基于兩親性NBD的微陣列化氣液界面單分子層熒光薄膜及其對(duì)DCP的氣相傳感[A];中國化學(xué)會(huì)第十六屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集——第三分會(huì)：軟物質(zhì)與超分子自組裝[C];2017年

9 鄒麗娜;冶保獻(xiàn);;基于LB膜技術(shù)制備的伏安傳感器的研究與應(yīng)用[A];第十一屆全國電分析化學(xué)會(huì)議論文摘要（2）[C];2011年

10 郁青春;張世超;王新東;;基體清洗法測定CeO_2在載體γ-Al_2O_3表面的分散閥值[A];2006年全國冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 劉霞;類腦計(jì)算首次在有機(jī)單分子層上實(shí)現(xiàn)[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 李遜;力誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的單分子力譜研究[D];吉林大學(xué);2018年

2 呂秀娟;鋸齒型構(gòu)象高分子單晶納米力學(xué)性質(zhì)單分子力譜研究[D];吉林大學(xué);2018年

3 蓋宏偉;單分子熒光成像檢測及其應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2005年

4 陳瑩瑩;樺木酸與不同分子二元系統(tǒng)單分子層的界面相行為研究[D];陜西師范大學(xué);2011年

5 于淼;離子與幾種典型高分子作用的單分子力譜研究[D];西南交通大學(xué);2017年

6 徐菁;紫外光輻照法在聚合物表面引入小分子官能團(tuán)的研究[D];北京化工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 謝正波;有單分子轉(zhuǎn)子填充的酞菁鈷(CoPc)-空缺陣列[D];西南大學(xué);2018年

2 王夫雨;熊果酸與脂質(zhì)分子二元混合系統(tǒng)單分子層的界面相行為的研究[D];陜西師范大學(xué);2012年

3 段光杰;鈦酸鈉鉀和TiO_2單分子層的第一性原理計(jì)算及制備[D];河北大學(xué);2014年

4 陳利剛;海馬神經(jīng)元表面受體識(shí)別的單分子力譜方法建立研究[D];西南大學(xué);2017年

5 李云志;水分子在單層保護(hù)的金納米粒子界面處氫鍵性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)研究[D];江西師范大學(xué);2013年

6 王娟;脂質(zhì)單分子層的熱力學(xué)特性研究以及脂—蛋白在氣液界面上的結(jié)合[D];陜西師范大學(xué);2013年

7 朱璇;乙酰—丙氨酸、磺胺等功能性分子與金屬作用的拉曼光譜學(xué)研究[D];上海師范大學(xué);2009年

8 徐琴;單分子層保護(hù)金屬團(tuán)簇的合成及其量子化電容充電研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2003年

9 張明富;多酸修飾的金納米粒子的催化研究[D];山東大學(xué);2016年

10 龐鵬飛;單分子層包裹的金納米粒子的電子傳輸傳感研究[D];湖南大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2709966