高分子材料的納米化
2004-05-13 來(lái)源:中國(guó)功能材料網(wǎng)
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現(xiàn)有的高分子化學(xué)反應(yīng)中原子重新排列鍵合的反應(yīng)空間一般都較原子尺寸大得多,因此化學(xué)反應(yīng)是在一非受限空間進(jìn)行的。如果在一有限空間或環(huán)境中,如納米量級(jí)的片層中,小分子單體因?yàn)榕c片層分子的物理相互作用而被迫在此受限空間中進(jìn)行某種方式和程度的排列,然后再發(fā)生單體的聚合時(shí),聚合產(chǎn)物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既不可能是受限空間的完全復(fù)制,又不同于自由空間中得到的情況。我們從這種受限空間的聚合反應(yīng)也許可以提出高分子納米化學(xué)的概念;瘜W(xué)的制備對(duì)象從來(lái)都是納米量級(jí)的原子或分子,但由于其方法不夠精細(xì),不能在納米尺度上實(shí)現(xiàn)原子或分子的有目的的精確操縱,因此即使目前可以做到分子的精確設(shè)計(jì)也較難實(shí)現(xiàn),從而使得化學(xué)合成給人以粗放的感覺(jué)。高分子的納米化學(xué),就是要按照精確的分子設(shè)計(jì),在納米尺度上規(guī)劃分子鏈中的原子間的相對(duì)位置和結(jié)合方式,以及分子鏈間的相互位置和排列,通過(guò)納米尺度上操縱原子、分子或分子鏈,完成精確操作,實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)上的高分子各級(jí)結(jié)構(gòu)的精確定位。從而精確調(diào)控所得到的高分子材料的性質(zhì)和功能。高分子納米化學(xué)的目的就是實(shí)現(xiàn)高分子材料的納米化。
高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成,這既包括分子層次上的化學(xué)方法,也包括分子以上層次的物理方法。利用外場(chǎng)包括溫度場(chǎng)、溶劑場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力場(chǎng)和微重力場(chǎng)等的作用,在一確定的空間或環(huán)境中像搬運(yùn)積木塊一樣移動(dòng)分子,采用自組裝、自組合或自合成等方法,靠分子間的相互作用,構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)的分子聚集體。如果再在這種分子聚集體中引發(fā)化學(xué)成鍵,則能得到具有高度準(zhǔn)確的多級(jí)結(jié)構(gòu)的高分子。通過(guò)這種精確操作的高分子合成,可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高分子的分子設(shè)計(jì)。
高分子材料的納米化還可以通過(guò)成型加工的方式得以實(shí)現(xiàn),即在成型加工過(guò)程中控制高分子熔體的流動(dòng),調(diào)節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)從而控制使用性質(zhì)。高分子材料的納米化研究不僅應(yīng)包括納米化制備方法,還不應(yīng)忽略高分子材料的納米結(jié)構(gòu)的觀察和納米性質(zhì)的測(cè)量。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和性能決定材料的使用價(jià)值。而高分子材料的納米化的結(jié)果,是使得表面層上和界面層上的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出特異性,這部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下,高分子材料的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生突變所致。因此需要開(kāi)展表面層上和界面層上的相結(jié)構(gòu)、相行為及分子鏈動(dòng)力學(xué)的研究,建立相應(yīng)受限條件下的高分子材料的構(gòu)效關(guān)系。采用的研究方法中,計(jì)算模擬和掃描探針技術(shù)等都是十分有用的。
高分子材料的納米化還可以通過(guò)成型加工的方式得以實(shí)現(xiàn),即在成型加工過(guò)程中控制高分子熔體的流動(dòng),調(diào)節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)從而控制使用性質(zhì)。高分子材料的納米化研究不僅應(yīng)包括納米化制備方法,還不應(yīng)忽略高分子材料的納米結(jié)構(gòu)的觀察和納米性質(zhì)的測(cè)量。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和性能決定材料的使用價(jià)值。而高分子材料的納米化的結(jié)果,是使得表面層上和界面層上的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出特異性,這部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下,高分子材料的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生突變所致。因此需要開(kāi)展表面層上和界面層上的相結(jié)構(gòu)、相行為及分子鏈動(dòng)力學(xué)的研究,建立相應(yīng)受限條件下的高分子材料的構(gòu)效關(guān)系。采用的研究方法中,計(jì)算模擬和掃描探針技術(shù)等都是十分有用的。
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