發(fā)布時間：2020-04-07 00:04

【摘要】：通過非共價鍵相互作用而自發(fā)進行的小分子自組裝對材料科學、生命科學、信息科學以及納米科學等眾多科學領域的發(fā)展都產生了重大的影響。本論文著重研究通過對分子結構進行設計來獲得不同類型的小分子自組裝體系并用于進一步的研究和應用。我們設計了一種具有特異組裝行為的非離子型雙親分子十六烷基甘油馬來酸脂(HGM),此分子在在50℃且處于臨界膠束濃度(Critical Micelle Concentration,CMC)以上時會自組裝為平板型(lamellar)雙分子膜結構,并與水形成層狀結構。當溫度降低到室溫以下時,由于HGM雙分子膜產生彎曲在體系內部引入缺陷,限制了水層的流動性,從而形成了具有層狀結構的水凝膠。此水凝膠具有水層厚度可調、雙分子膜取向單一等特點,可用于二維金膜材料生長的軟模板,我們利用此模板制備了大面積的二維單晶金膜并對其進行了輸運測試。結果顯示,制備得到金膜表面光滑、均一,是完美的單晶結構,且由于其大面積顯示出很好的柔性。對其光電性能的測試顯示其具有很好的透光度和導電能力,在透明導電器件中有潛在的應用前景。在對HGM研究的基礎上,我們設計了另一種非離子型表面活性劑十二烷基甘油衣康酸酯(DGI),DGI小分子在水中呈現出和HGM相似的自組裝行為,通過在DGI層狀水凝膠中引入可聚合單體并原位聚合,得到了具有良好機械性能的層狀水凝膠,在此基礎上探索了DGI層狀結構水凝膠在電容器和傳感器領域的應用。結果表明以DGI小分子為基礎制備的水凝膠保持了良好的層狀結構,以其為電解質制備的柔性可拉伸超電容器件具有良好的電容性質且適用于各種電極。以該水凝膠為基礎構建的電容式柔性電子皮膚器件同樣具有良好的性能表現,在外界刺激下,由于器件的形變直接導致電容信號的變化,并且由于其層狀周期性發(fā)生變化呈現出相應的顏色改變,實現了刺激-響應的精確測量和可視化。在以上的研究過程中,我們發(fā)現采用水凝膠作為電解質可制備性能良好的柔性可拉伸超級電容器,但是其機械行為需要進行進一步的優(yōu)化。我們在原來的器件結構基礎上采用一種具有自愈性、超可拉伸的水凝膠作為電解質,并對其器件性能進行研究。該水凝膠可以拉伸到原來的50倍并且具有很好的循環(huán)回復性,以此水凝膠為電解質采用預拉伸的方式制備的可拉伸電容器在拉伸到原來的10倍情況下依然可以正常工作,并且由于隨著拉伸電極與水凝膠電解質的接觸面積變大,器件的儲能行為也隨之增強。整個電容器件具有良好的柔性,自愈性和循環(huán)穩(wěn)定性,在新一代可穿戴柔性電子器件中有著良好的應用前景。
【圖文】：

鏈組成（圖 1.2），同時兼具親水性和疏水性兩種作用，所以經常作為表面活性劑來物質的親疏水性。隨著膠體界面科學的發(fā)展，對兩親分子的研究越來越深入。具有各種拓撲結構的兩以前的研究學者們創(chuàng)造出來[6]，常見的拓撲結構（圖 1.2）：單鏈（single-chain）型double-chain）型、雙頭雙親（bola）型、雙子（gemini）型、catanionic 型。材料的結構所決定，不同拓撲結構的兩親分子也決定了具有不一樣的性質，Bola 型兩親分耐熱性，嗜熱菌膜的主要成分是雙子型兩親分子[7]，它能夠以很低的濃度聚集，所作為一種很好的載體分子來使用[8]。雖然兩親分子的分子式相同，分子量也相同，改變其拓撲結構，，也會導致該兩親分子應用方向和特性發(fā)生根本的變化。所以，可同的應用要求來設計不同結構的兩親分子。兩親分子因為其多樣的拓撲結構，所以的應用價值。兩親分子除了是肥皂，洗面奶、洗衣粉等的主要成分外，還用于藥物釋純化和油提取等方面。

由其結構所決定，不同拓撲結構的兩親分子也決定了具有不一樣的性質，Bola 型兩親分子具有高耐熱性，嗜熱菌膜的主要成分是雙子型兩親分子[7]，它能夠以很低的濃度聚集，所以它可以作為一種很好的載體分子來使用[8]。雖然兩親分子的分子式相同，分子量也相同，但是如果改變其拓撲結構，也會導致該兩親分子應用方向和特性發(fā)生根本的變化。所以，可以根據不同的應用要求來設計不同結構的兩親分子。兩親分子因為其多樣的拓撲結構，所以具有廣闊的應用價值。兩親分子除了是肥皂，洗面奶、洗衣粉等的主要成分外，還用于藥物釋放，原料純化和油提取等方面。圖 1.1 肥皂主要成分及其自組裝結構
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26;O641.3

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本文編號：2617180