有机小分子凝胶是一类具有纳米结构的软物质材料,主要通过凝胶因子之间的非共价键相互作用(如氢键作用、π-π相互作用、亲疏水作用以及范德华力等)形成三维网络结构,从而固定大量的溶剂。由于其对外界环境刺激(如温度、p H、声、机械应力、光辐射以及离子等)具有独特的响应性,此类材料将有可能在模板化学、生物组织工程、药物控释等多个领域得到应用。在凝胶体系的研究中,研究者过去把关注重点放在凝胶因子的设计与凝胶性质的研究上,但是凝胶体系是一个复杂的体系,由纳米结构和大量溶剂构成,因此影响纳米结构及其与溶剂间作用的因素将会影响凝胶的性质。本论文选取几个有机凝胶体系为研究对象,开展凝胶的制备条件(超声、溶剂、碳掺杂及冷却方式等)对凝胶结构以及性质的影响研究,结合凝胶形成动力学与凝胶结构的研究,探索制备条件对凝胶性质影响的本质,建立凝胶性、凝胶结构与制备条件的关系,对凝胶的制备及性能调控提供必要的基础研究数据。主要结论如下:一.含联酰肼基元的自组装体系超声响应行为的研究在超声刺激的作用下双楔形联酰肼衍生物FH-Tn可以在乙醇溶剂中更有效、更快速的形成凝胶。通过改变水浴温度以及超声时间可以调控得到不同的聚集形貌,如缠绕的纤维、管状的聚集体以及纳米粒子。超声凝胶具有更优异的表面润湿性,较差的热稳定性以及流变性质。超声刺激对凝胶过程中新的聚集体的形成起到很重要的作用。超声凝胶体系内,凝胶因子通过单斜以及三斜两种模式堆积形成聚集体,两种排列方式的相对比例可以通过超声水浴温度以及超声时间调节。传统的加热-冷却方法制得的凝胶,凝胶因子主要通过三斜的排列方式堆积。不同的动力学过程是引起聚集结构差异的主要原因:未超声凝胶,分形维数为0.99,凝胶因子间通过一维的线性生长自组装成三维的网络结构;超声凝胶(50 oC,5 min)分形维数为1.88,凝胶因子间通过近似二维的的生长模式形成凝胶网络的。这些结果将会帮助我们对超声诱导的凝胶过程有更深入的理解。同时在乙醇中这种超声诱导的可控的可逆的形貌的变化可能带来这种软材料在模板领域以及形状记忆材料等领域潜在的应用。二.酰胺衍生物4D16有机凝胶动力学研究4D16在苯、甲苯及1,2-二氯乙烷等有机溶剂中显示较强的凝胶能力。分子在凝胶体系中聚集成三维交联网络,网络由条带状的纤维组成,条带宽度在5μm左右。溶剂在控制有机凝胶因子排列方式以及自组装过程中均起到了很重要的作用。在苯中,纤维的生长以及尖端的分叉形成了辐射状的纤维聚集结构,分形维数在1.4左右。甲苯中,纤维的侧链分叉以及纤维生长形成了不开放的纤维结构,且分形维数在1.1左右。这些结果将有利于帮助我们更好地理解凝胶过程,以及影响自组装体系微观结构的因素。三.碳纳米材料对联噁二唑衍生物BOXD-T8在DMF中的溶液以及凝胶性质的影响碳纳米材料的掺入对联噁唑衍生物BOXD-T8在DMF溶液发光性质以及凝胶的性质影响都很大。改变体系的浓度,可以调节BOXD-T8在溶液中H-聚集体以及J-聚集体的相对含量。碳材料的掺入会诱导H-聚集体向碳材料的能量的转移。另外,掺入体系中的碳材料的种类不同,对体系溶液的影响也不同:单壁碳纳米管的加入更有利于BOXD-T8的聚集(H-聚集以及J-聚集),而氧化石墨烯则更趋向于诱导J-聚集体的形成,使得凝胶更容易形成。微量碳材料的掺入不会破坏原凝胶体系。掺杂后的凝胶表现出更强的凝胶能力以及更优异的热力学稳定性。掺入的碳材料本身作为刚性材料对凝胶体系具有一定的物理增强效果。四.凝胶因子结构、冷却方式及破坏应变对触变型凝胶的影响研究基于氢键的酰胺衍生物HMMDAs具有很好的凝胶性质。在烷烃类溶剂中,尾端为一个羟甲基的1-HMMDA是三个分子中最有效的凝胶因子;在苯类、乙腈以及乙酸乙酯等溶剂中,尾端为两个羟甲基的2-HMMDA表现出最强的凝胶能力。在相同溶剂中,2-HMMDA凝胶表现出最稳定的热力学以及力学性质。同时,随着尾端羟甲基数目的增加,分子的排列更加无序:单斜堆积变成三斜的堆积模式。1-HMMDA以及2-HMMDA所形成的凝胶对冷却温度不敏感,在多种有机溶剂中均聚集形成纤维的结构。3-HMMDA的凝胶对冷却过程比较敏感,通过调节凝胶的冷却过程调控得到球状聚集体、纤维聚集体以及球状结构和纤维共存的聚集结构。1-HMMDA、2-HMMDA以及3-HMMDA在硝基苯中的凝胶均表现出很好的剪切恢复能力,经过五次循环之后,G’数值最高能恢复到原始值的93%。凝胶恢复能力受破坏应变影响不大,受凝胶因子浓度影响较大:1-HMMDA以及3-HMMDA凝胶的恢复能力随着凝胶因子浓度的增加而降低;2-HMMDA凝胶则表现出相反的变化趋势,凝胶恢复能力随着凝胶因子浓度的增大而增大。凝胶恢复所需要的时间受凝胶因子浓度以及破坏凝胶所用的应变影响不大。