光响应巨型分子的合成表征及其LB膜的制备研究

作     者：廖建文 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨曙光

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：POSS 偶氮苯 巨型分子 LB膜 光响应 

摘      要：巨型分子是一种具有高分子量和单一分子量分布特性的化合物,这些独特的性质引起了科研人员的兴趣。目前巨型分子的合成策略通常是采用金属杂多酸(POM)、多面体寡聚倍半硅氧烷(POSS)、折叠球蛋白和富勒烯(C)等具有明确化学结构的纳米粒子来构筑。其中POSS不仅具有明确的化学结构同时还具备多功能化的侧链基团,可以和其他化学单元进一步反应,因此POSS在巨型分子的合成中被广泛使用。刺激响应材料一直是科研的关注重点,其中偶氮苯及其衍生物是一类典型的光响应材料,具有顺反结构转变的特性。基于POSS的多功能化基团可以精确合成出具有较大分子量的巨型分子,将偶氮苯衍生物引入到巨型分子中可以赋予巨型分子光刺激响应性,为研究巨型分子的自组装行为提供了一种新的思路,有利于巨型分子研究的发展。本课题以此为研究目标,具体研究内容如下:1.合成光响应巨型分子以三硅醇基异丁基笼型聚倍半硅氧烷(T-BPOSS)、八乙烯基聚倍半硅氧烷(VPOSS)和4,4’-偶氮二苯胺(ADA)为构筑单元,合成出了由POSS纳米粒子和偶氮苯光响应基元构成的巨型分子。通过核磁氢谱(H NMR)、核磁碳谱(C NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)以及基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF)测试表征证明了光响应巨型分子的成功合成。2.巨型分子的光响应性及其界面自组装研究将光响应巨型分子溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,使用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)研究巨型分子在溶液中的光响应结构转变行为。在紫外光照下(365 nm)巨型分子可以在30 s内快速的从反式结构转变为顺式结构,而在经过黑暗条件处理下又可以发生从顺式结构向反式结构的转变。通过测定分子在黑暗中以及在紫外光照下的表面压-面积(π-A),可以发现光响应巨型分子在界面上同样可以发生顺反结构转变。使用布鲁斯特角显微镜(BAM)结果表明分子在压缩过程中经历了从气相、气液共存相、液态扩张相、固相、多层结构以及破裂等一系列过程。***膜的制备及其光响应性研究使用LB膜分析仪将光响应巨型分子单分子膜转移到玻璃基底上,通过水接触角变化确认LB膜的成功制备。使用原子力显微镜(AFM)进一步研究巨型分子的LB膜表面形貌。最后使用紫外分光光度计表征确定了光响应巨型分子在固体基质上可以发生顺反结构转变。