功能性苯炔类聚合物的合成及性能研究

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本论文从分子结构的设计出发,对苯炔类聚合物和单体的功能化方面进行了深入研究。通过两亲性分子的设计可以得到性质特殊的共轭聚合物材料,通过引入液晶基团可以达到特定的光谱调节的目的,通过氢键作用可以在纳米尺度对分子间距离和角度等参数进行微调,因此,合成新型的聚对亚苯基亚乙炔基(PPE)和寡聚对亚苯基亚乙炔基(OPE)等苯炔类材料,利用苯炔结构独特的光学性能和相互作用来研究它们的构型,并通过构型的变化来研究其与光谱之间的联系成为了本论文研究的重点,主要包括以下几个部分。 (1)软硬嵌段两亲性苯炔类共轭聚合物的合成、表征以及形态学研究。通过Sonogashira反应,在零价钯催化的条件下合成了两种主链含有亲水性官能团以及不同长度苯炔结构的多嵌段型两亲性共轭聚合物。随后,针对聚合物的特点进行了多方位的光谱表征,其中包括变温,延时等手段的表征,从荧光光谱的变化和模型小分子的相关谱图可以看出,聚合物的光谱随着浓度的变化产生了相应的位移,同时,利用原子力显微镜(AFM)与荧光显微镜图像观察了聚合物形态随浓度的变化,在纳米尺度观察到了纳米线的形成,这种自组装结构会随着聚合物浓度的增加产生纳米级分子缠绕的次级结构,最后,通过WAXD的研究确定了聚合物的本体状态。 (2)合成了两种含氰基联苯液晶基团的新型聚对亚苯基亚乙炔基(PPE),并对其进行了结构表征和性能研究。差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)的结果证明了在液晶单元含量较大时聚合物才会出现明显的液晶形态。荧光光谱表明,在降温前后液晶聚合物的发光光谱发生了明显的变化。同时,对聚合物进行能量转移研究发现随着溶液浓度的增加,Forster能量转移更加完全;另外,利用原子力显微镜(AFM)对聚合物降温前后的形态变化进行了观察。结果表明,液晶性质可以导致聚合物形态的变化进而带来发光光谱的改变,为今后制备液晶可控型发光聚合物提供了理论依据。 (3)合成了一种含有多羟基结构的寡聚OPE材料,并针对这种材料进行了STM的形态学表征。通过STM探针对多羟基OPE单体进行石墨(HOPG)液固界面的观测,得到了两种大范围的有序结构,并且发现了其中一种结构的热力学不稳定性,在探针轻微的扰动条件下这种有序结构会消失。随后,针对羟基和羧基独特的氢键效应,进行了共混的研究,发现了不同长度的二羧酸类单体会对多羟基OPE单体形成的稳定结构进行微调,从而改变分子间的距离,为今后分子器件的发展提供了一个参考。另外,合成了三种烷基取代的PPE,其中两种为结构相同分子量不同的间位烷基取代型PPE,另一种为全烷基取代型PPE。通过对STM图像的研究发现,不同分子量的的分子形态差异不大,而取代基密度变大后会影响聚合物单分子层的有序排列。
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