鮑哲南JACS：超分子納米纖維，薄膜拉伸強度提高一個數量級，熱穩定性提高100°C
Nanoyu
2020-09-14
第一作者：Christopher B Cooper，Jiheong Kang2）闡明了決定聚合物組裝超分子納米纖維的主要結構-功能關系。聚合物材料在自然界中通常具有有序、層次化的結構，以便進行獨特而精確的功能。重要的是，這些結構通常是由許多弱相互作用的協同以實現整體穩定，而不是幾個強鍵的獨立締合。近日，斯坦福大學鮑哲南教授報道了當總分子量低于聚合物的臨界纏結分子量時，通過周期性放置和方向性動態鍵的合成，柔性聚合物鏈會集體組裝成超分子納米纖維。
研究人員合成了兩種主鏈相同的聚合物（PDMS，Mb~5000 g/mol）和氫鍵粘合物（亞甲基雙苯脲，MPU），但總分子量不同。研究發現，盡管兩種聚合物的化學成分相同，但只有較短的鏈型（5k-MPU-S）自發地自組裝成1D超分子納米纖維。此外，共價鍵結合到粘貼物上的聚合物鏈然后充當相鄰超分子棒之間的連接鏈，使它們排列成更大的束，從而形成超分子納米纖維。
研究發現，這些納米纖維的形成導致鏈之間具有協調的，長期存在的多價相互作用，從而使整個薄膜的拉伸強度提高了一個數量級，并使薄膜的熱穩定性提高了100°C以上。
研究人員系統地研究了不同的聚合物鏈結構和動態鍵合部分，以及粗粒度的分子動力學模擬，闡明了決定聚合物形成超分子納米纖維能力的主要結構-功能關系。
多價聚合物鏈協同組裝成分層的超分子結構的研究使得人們對仿生功能材料的設計具有了基本的了解。Christopher B. Cooper, et al, Multivalent assembly of flexible polymer chains into supramolecular nanofibers, J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c07651https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07651
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