發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 00:04

【摘要】：通過(guò)非共價(jià)鍵相互作用而自發(fā)進(jìn)行的小分子自組裝對(duì)材料科學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)以及納米科學(xué)等眾多科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展都產(chǎn)生了重大的影響。本論文著重研究通過(guò)對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)獲得不同類型的小分子自組裝體系并用于進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。我們?cè)O(shè)計(jì)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(lái)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(shí)會(huì)自組裝為平板型(lamellar)雙分子膜結(jié)構(gòu),并與水形成層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度降低到室溫以下時(shí),由于HGM雙分子膜產(chǎn)生彎曲在體系內(nèi)部引入缺陷,限制了水層的流動(dòng)性,從而形成了具有層狀結(jié)構(gòu)的水凝膠。此水凝膠具有水層厚度可調(diào)、雙分子膜取向單一等特點(diǎn),可用于二維金膜材料生長(zhǎng)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(duì)其進(jìn)行了輸運(yùn)測(cè)試。結(jié)果顯示,制備得到金膜表面光滑、均一,是完美的單晶結(jié)構(gòu),且由于其大面積顯示出很好的柔性。對(duì)其光電性能的測(cè)試顯示其具有很好的透光度和導(dǎo)電能力,在透明導(dǎo)電器件中有潛在的應(yīng)用前景。在對(duì)HGM研究的基礎(chǔ)上,我們?cè)O(shè)計(jì)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(xiàn)出和HGM相似的自組裝行為,通過(guò)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(jī)械性能的層狀水凝膠,在此基礎(chǔ)上探索了DGI層狀結(jié)構(gòu)水凝膠在電容器和傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。結(jié)果表明以DGI小分子為基礎(chǔ)制備的水凝膠保持了良好的層狀結(jié)構(gòu),以其為電解質(zhì)制備的柔性可拉伸超電容器件具有良好的電容性質(zhì)且適用于各種電極。以該水凝膠為基礎(chǔ)構(gòu)建的電容式柔性電子皮膚器件同樣具有良好的性能表現(xiàn),在外界刺激下,由于器件的形變直接導(dǎo)致電容信號(hào)的變化,并且由于其層狀周期性發(fā)生變化呈現(xiàn)出相應(yīng)的顏色改變,實(shí)現(xiàn)了刺激-響應(yīng)的精確測(cè)量和可視化。在以上的研究過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)采用水凝膠作為電解質(zhì)可制備性能良好的柔性可拉伸超級(jí)電容器,但是其機(jī)械行為需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。我們?cè)谠瓉?lái)的器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用一種具有自愈性、超可拉伸的水凝膠作為電解質(zhì),并對(duì)其器件性能進(jìn)行研究。該水凝膠可以拉伸到原來(lái)的50倍并且具有很好的循環(huán)回復(fù)性,以此水凝膠為電解質(zhì)采用預(yù)拉伸的方式制備的可拉伸電容器在拉伸到原來(lái)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(zhì)的接觸面積變大,器件的儲(chǔ)能行為也隨之增強(qiáng)。整個(gè)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(yīng)用前景。
【圖文】：

鏈組成（圖 1.2），同時(shí)兼具親水性和疏水性兩種作用，所以經(jīng)常作為表面活性劑來(lái)物質(zhì)的親疏水性。隨著膠體界面科學(xué)的發(fā)展，對(duì)兩親分子的研究越來(lái)越深入。具有各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩以前的研究學(xué)者們創(chuàng)造出來(lái)[6]，常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖 1.2）：?jiǎn)捂湥╯ingle-chain）型double-chain）型、雙頭雙親（bola）型、雙子（gemini）型、catanionic 型。材料的結(jié)構(gòu)所決定，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩親分子也決定了具有不一樣的性質(zhì)，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(lái)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，，也會(huì)導(dǎo)致該兩親分子應(yīng)用方向和特性發(fā)生根本的變化。所以，可同的應(yīng)用要求來(lái)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的兩親分子。兩親分子因?yàn)槠涠鄻拥耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以的應(yīng)用價(jià)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(jié)構(gòu)所決定，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩親分子也決定了具有不一樣的性質(zhì)，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(lái)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也會(huì)導(dǎo)致該兩親分子應(yīng)用方向和特性發(fā)生根本的變化。所以，可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求來(lái)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的兩親分子。兩親分子因?yàn)槠涠鄻拥耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以具有廣闊的應(yīng)用價(jià)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(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ427.26;O641.3

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本文編號(hào)：2617180