在自然界中,許多強(qiáng)界面作用源于弱相互作用的協(xié)同組裝,如細(xì)菌生物膜的形成、藤壺分泌膠凝蛋白黏附于潮濕環(huán)境、常春藤通過多個吸盤與微觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用攀附于懸崖峭壁。然而,在合成體系中設(shè)計這種非共價強(qiáng)相互作用仍然是一個挑戰(zhàn)。本論文中以1-芘甲酸與石墨的弱相互作用為例,說明多肽自組裝可以大大增強(qiáng)界面相互作用。利用這種強(qiáng)界面作用機(jī)制,我們能夠通過液相超聲剝離技術(shù)制備石墨烯納米片,并進(jìn)一步利用這些石墨烯片層作為填料來構(gòu)建水凝膠。與傳統(tǒng)水凝膠不同,基于這種多肽自組裝增潤界面作用形成的石墨烯水凝膠具有高韌性、可拉伸、自修復(fù)和可重塑的特點,其韌性約為32.64 MJ m^-3,斷裂應(yīng)變約為8000%,自修復(fù)速率以秒為單位。我們認(rèn)為水凝膠如此優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度來源于強(qiáng)的可逆多肽自組裝增潤界面相互作用和具有多個平行排列鍵的層狀結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)�？衫斐g石墨烯水凝膠還具有優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì),其電容可隨應(yīng)變快速變化而應(yīng)用于電容式應(yīng)變傳感器,可作為可穿戴傳感器監(jiān)測人體運(yùn)動或作為聲波傳感器檢測音頻信號的振動。我們期望自組裝增強(qiáng)界面相互作用可以成為調(diào)節(jié)弱鍵強(qiáng)度和擴(kuò)展弱鍵在強(qiáng)韌材料中應(yīng)用的有效途徑,強(qiáng)韌石墨烯... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

1多糖分子與不同基板間的界面相互作用[7]

南京大學(xué)碩士畢業(yè)論文4我們需要設(shè)定一系列的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)因?qū)嶒炘O(shè)計而異，但都基于兩種描述高分子鏈在負(fù)載情況下力學(xué)響應(yīng)的理論模型：自由鏈（FreeJointedChain，F(xiàn)JC）模型和蠕蟲鏈（Worm-like-chain,WLC）模型[21]。這兩種模型可以很好地描述各類柔性高分子鏈及高分子聚合物鏈的彈性行為。當(dāng)然對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高分子體系，還需從基本模型中衍生出特異性模型來描述實驗結(jié)果。1.1.2單分子力譜研究自組裝增潤界面作用在諸多生物大分子體系中存在著特定的自組裝行為，如DNA組裝成雙螺旋結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)/多肽組裝成二級結(jié)構(gòu)或更復(fù)雜的構(gòu)象。分子自組裝定義為平衡狀態(tài)下大量分子在弱相互作用下自發(fā)聚集形成排列有序、具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分子系統(tǒng)的過程[22]。在分子自組裝過程中，分子內(nèi)部或不同分子間可在弱相互作用力的驅(qū)動下排列組裝成分子聚集體[23]。氫鍵、π-π堆積作用是主要的分子自組裝驅(qū)動力[24]。一般來說非共價作用要弱于共價鍵，但卻具有協(xié)同性能控制生物大分子的構(gòu)象（如分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的形成）以及與其他分子的反應(yīng)。通過對分子設(shè)計以及修飾上特定官能團(tuán)，可合成大量不同的小分子及其衍生物，它們還能進(jìn)一步自組裝成納米球、納米管、納米帶、納米纖維以及水凝膠等[22,25]（圖1.1.2）。圖1.1.2各種多肽材料的制備[22]。（A）離子自補(bǔ)型多肽自組裝形成含β-片和β-鏈結(jié)構(gòu)的納米纖維，并進(jìn)一步組裝成支架水凝膠；（B）一種類表面活性劑多肽自組裝形成納米管；

南京大學(xué)碩士畢業(yè)論文6裝膜的解離力都比同類表面上單體HFBI解離力要大。這說明HFBI單體或蛋白質(zhì)膜對不同親疏水性表面具有不同的粘附性，并且在HFBI蛋白質(zhì)膜中疏水效應(yīng)起到主導(dǎo)作用，因此自組裝增強(qiáng)了其與疏水表面的界面相互作用。HFBI自組裝膜以及HFBI單體與表面的結(jié)合在協(xié)同作用下可形成較強(qiáng)的界面相互作用，基于這種自組裝增強(qiáng)界面相互作用機(jī)理能夠開發(fā)出具有較強(qiáng)粘附力的合成材料，可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中。圖1.1.3基于AFM的單分子力譜技術(shù)研究單體HFBI蛋白與不同表面的相互作用[16]。（A）實驗方案示意圖。（B）各種表面的典型力-距離曲線（上）和力直方圖（下）。探針拉伸速率為400nms-1。分子自組裝可應(yīng)用于膜材料和生物醫(yī)學(xué)方面。自組裝單分子膜可作為黏附劑、防腐層、電極表面改性材料等，而生物分子自組裝膜則因具有生物相容性而能在生物體內(nèi)作為生物傳感器、組織修復(fù)材料、高效催化劑等。目前已經(jīng)設(shè)計出許多多肽自組裝體系，這類生物材料在組織修復(fù)、藥物運(yùn)輸和生物表面工程等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景[34]。1.2石墨烯材料1.2.1石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用石墨烯是由純sp2鍵合的碳原子組成的單原子層完美二維蜂窩狀晶格，自2004年Geim和Novoselov等人[35]首次從石墨中微機(jī)械剝離出石墨烯后，對石墨烯性質(zhì)、制備方法及應(yīng)用的研究受到越來越多的關(guān)注[36]。石墨烯是石墨材料的基本構(gòu)建單元，它可以

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]化學(xué)還原氧化石墨烯制備高性能石墨烯自組裝水凝膠(英文)[J]. 盛凱旋,徐宇曦,李春,石高全.  新型炭材料. 2011(01)
[2]分子間相互作用力的直接測量[J]. 張義恒,王治強(qiáng),張希.  高分子學(xué)報. 2009(10)

博士論文
[1]單分子力化學(xué)和軟力化學(xué)[D]. 黃文茂.南京大學(xué) 2017
[2]利用單分子力譜研究貽貝足絲蛋白的生物力學(xué)性質(zhì)[D]. 李一然.南京大學(xué) 2017
[3]多肽自組裝材料的物理力學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用[D]. 薛斌.南京大學(xué) 2017
[4]爬山虎吸盤多糖的分離純化、結(jié)構(gòu)表征與粘附性能研究[D]. 張莉.華南理工大學(xué) 2014
[5]高分子界面吸附的單分子力譜研究[D]. 崔樹勛.吉林大學(xué) 2004



本文編號：3632457