人造聚合物為研發(fā)新材料鋪路

2017-09-27 瀏覽量：943

來源：材料科技在線

我們可以把這種新的分子連接技術(shù)想象成三種不同的鐵路貨車，每種貨車每端都有兩個獨(dú)特的聯(lián)軸器，只允許它們以特定的順序聯(lián)接。

21世紀(jì)，人造聚合物在我們的生活中無處不在。小分子長鏈結(jié)合形成的大分子可以制成任何你可能穿的衣服、橡膠和膠水以及任何塑料制品。

然而，這些人造聚合物所展現(xiàn)的材料性能特別依賴于構(gòu)成聚合物鏈的各個分子連接的順序。例如，由A,B和C分子組成的聚合物鏈可能以A-B-C-B-A或者A-C-A-B-B等形式出現(xiàn)。每種不同的聚合物可能具有完全不同的性質(zhì)，有的可能有使用價值有的則沒有。

到目前為止，材料科學(xué)家一直依賴于混合溶液，例如A,B,C混合，來形成聚合物，這嚴(yán)重限制了新材料的開發(fā)。

多虧了廣島大學(xué)的研究人員，我們不再隨機(jī)確定聚合物的性質(zhì)。來自HU化學(xué)系的Takeharu Haino教授和Takehiro Hirao博士已經(jīng)開發(fā)了一種精確定義聚合物鏈順序的方法——開辟了研發(fā)當(dāng)前不存在的材料的潛力。

從自然界結(jié)構(gòu)明確的生物大分子中獲得啟示，例如，在DNA和基因中少量有機(jī)分子的微小變化就能產(chǎn)生不同的生命譜，他們開發(fā)出了一種能夠在形成長鏈聚合物時調(diào)節(jié)分子的順序的自我排序策略。

可以把這種新的分子連接過程想象成三種不同的鐵路貨車，每種車廂兩端都有兩個獨(dú)特的車鉤，只允許它們按特定順序連接。那么當(dāng)達(dá)到正確的順序時，一列無限長度和完全規(guī)律的列車是完全有可能的。

事實(shí)上，HU實(shí)驗(yàn)室合成了三種不同的單體分子，每個分子都不同于其他分子，它們各自都有兩個不同的鍵合位點(diǎn)，分別位于分子的兩端。

由這些新分子組成的溶液，分階段混合，形成配對溶液。分子1與分子2結(jié)合形成由1-2分子組成的溶液。與分子3鍵合的分子2形成2-3溶液，分子3與分子1結(jié)合形成3-1溶液。

這些1-2,2-3和3-1對聯(lián)分子在溶液中混合時，它們自動分選形成1-2-3-1-2-3等形式的長鏈聚合物。規(guī)則的聚合物序列是預(yù)定和自分類的。

這是一種全新的形成聚合物的方法。以前的合成聚合物只是涉及簡單的共價鍵合，用共用電子對將它們結(jié)合在一起，但是該系統(tǒng)則是在每個分子上都使用高度特異性的“抓取”端，使得分子僅與另一分子上僅一種類型的“銷”末端鍵合。

Haino教授指出，所得聚合物不僅僅是分子，而是分子復(fù)合物——超分子。這種新的超分子生產(chǎn)方法完全準(zhǔn)確地預(yù)測了最終產(chǎn)品的組成，并且可以進(jìn)行操控和重新設(shè)計(jì)，從而得到新的性能十分優(yōu)異的人造聚合物。

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