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智能聚合物材料（一）
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智能聚合物材料 所谓智能聚合物材料是指这么一类物质，它们所在外部环境发生微小的变动时，其物理性能和/或化学结构会发生可逆或不可逆的变化。外部环境的微小变动可以是各类刺激，如pH值，温度，离子浓度，光，机械力，电、磁、声场，添加入的特征物质（离子，生物活性分子等）。受到刺激后智能聚合物材料的变化可能是链构象、溶解度或自组装方式的转变。智能聚合物材料的外观可以是溶液，凝胶，自组装纳米粒子，（多层）薄膜或固体。由于这种特定的性质，可以通过对智能材料的组合针对性地进行特定的应用，例如，基因和药物的运送，生物分离，蛋白质提纯，涂料工业，石油探查，生物膜科学，粘度改性，胶体稳定，表面改性和水的回收等方面。 在过去的几十年里，智能聚合物材料的研究主要集中在以下几个方向：（1）设计新的响应聚合体系；（2）研究在外部刺激下，转变状态平衡和相关的动力学过程；（3）探求各种非共价键（疏水作用，氢键，静电作用，协同效应，主客体识别，π-π堆垛）在分子水平的相互作用，因为这些可以控制智能聚合体系的自组织和自适应性；（4）对已有的智能聚合体系进行新的功能性应用。 智能聚合体系的物理和化学结构直接影响他们的智能响应性质。智能聚合物有多种多样的链结构，如线型的，环形的，接枝的，（多臂）星形的，其他非线型的。制备方法则有基团转移聚合（GTP），开环聚合（ROP），点击化学反应，原子转移自由基聚合（ATRP），可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）以及氮氧调介聚合（NMP）。这些新的链拓扑结构使智能聚合物在溶液和固相中具有新的形态和功能。 在当前，智能聚合物的许多性质都开始投入应用，例如触发释放药物和基因、催化、侦测成像、环境适应涂料、自修复性。通过改变智能聚合体系的溶解性，水分散体积以及链的构造和构像，可以赋予它们新的功能性。可以这么说，智能聚合物在未来将会扮演十分重要的角色。但是，与成熟的小分子探针和具有内在性质的常规聚合物基温度传感器相比，智能聚合体系还处在早期发展阶段。 在近几年，数千种小分子感应体系被开发出来用于环境因素的检测分析，例如，离子、pH、温度、生物分子以及机械力。它们可以根据识别原理笼统地分为小分子识别感应器和化学识别反应感应器两类。基于识别原理，色度的和荧光的感应体系因为其低成本、高响应性以及灵活的操作性而被广泛深入的研究。我们应该注意到，小分子化学传感器因为其差的水溶性、低的结构稳定性和进行进一步功能改性困难而限制了它们的应用。如果我们将这些具有识别性质的小分子组合到母体材料中，或许就能消除这能缺点。母体材料可以是天然或合成的聚合物，凝胶，介孔硅球，平面基板或金属纳米粒子。母体是聚合物的智能材料当前已被报道的有pH感应的材料，湿度感应的材料，温度感应的材料以及基于聚合物传导和非传导进行离子感应的材料。 但是，基于化学反应的灵活性，当前所发现的智能响应聚合材料远非智能材料种类的极限，因此科学家们预测还有很多智能材料没有出现。通过对化学机理的研究以及化学结构的设计，新型智能材料将会不断地被制备出来。 ----小记：笔者将会不定期地在小木虫论坛上连载当前国际上智能聚合物的最新动向，并对一些影响力大的文章进行综述性的编译，欢迎各位同道朋友加我收听，送红花，谢谢关注(*^__^*) [ Last edited by 泰西磐石 on 2011-5-10 at 21:38 ] |
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