大数跨境
0
0

普渡大学窦乐添教授团队 Angew: 力学性能可调控的拓扑聚合物晶体

普渡大学窦乐添教授团队 Angew: 力学性能可调控的拓扑聚合物晶体 高分子科技
2022-10-14
0
导读:设计合成了一系列通过可见光聚合的聚合物单晶,并且成功通过分子设计实现了对聚合物单晶的弹性模量的调控...
点击上方蓝字 一键订阅

拓扑聚合反应作为一种绿色高效的聚合物合成方法,在聚合物晶体合成,立体异构控制,和塑料回收方面受到了广泛关注。然而,由于拓扑聚合要求聚合物单体在晶体内形成适合反应的有序排列,对聚合物单体分子结构的细微调整就很容易生成无法反应的晶型。而且,目前对于拓扑聚合物的研究多集中于聚合反应的设计和机理研究,对聚合物晶体的力学性能研究和调控非常有限。

近日,普渡大学化学工程学院Letian Dou(窦乐添)教授团队设计合成了一系列通过可见光聚合的聚合物单晶,并且成功通过分子设计实现了对聚合物单晶的弹性模量的调控



图1 (a)聚合物单体合成线路 (b-d)不同的侧链结构以及单体和聚合物晶体照片


通过引入不同侧链结构和控制侧链长度,一维针状晶体在可见光下实现了定量高效拓扑聚合。引入不同侧链会改变单体之间聚合反应位点的距离以及单体骨架共轭结构之间的夹角。当反应位点的距离以及单体共轭骨架之间的夹角分别大于3.85Å26.8°时,聚合反应就无法发生。


2 单体和聚合物晶体结构示意图



图3 (a)聚合物晶体压痕测试 (b)聚合物晶体弹性模量汇总图2 单体和聚合物晶体结构示意图


在侧链上引入不同的官能团可以引入不同的分子间作用力(例如分子间弱氢键和碳氢卤素作用)来促使聚合物单体形成一维针状晶体结构。与此同时,分子间作用力同样对聚合物晶体的弹性模量产生了明显的影响:当溴原子被引入到侧链末端时,在碳氢溴弱相互作用的帮助下聚合物晶体的弹性模量可以达到10.6GPa。当在侧链上引入较大尺寸的官能团时(例如双键或异丁基),聚合物晶体的弹性模量降低到6GPa以下。



4 处理晶体方法示意图和聚合物薄膜表征


此外,针对拓扑聚合物晶体难以溶解和高结晶性的特点,作者开发出了一种超声-过滤-热压的方法将传统方法无法加工的一维针状拓扑聚合物晶体转变成了二维聚合物薄膜。经过处理后的薄膜拉伸模量可以达到625MPa。这项工作对拓扑聚合反应分子设计,拓扑聚合晶体结构性质关系,以及拓扑聚合物晶体的应用提供了一种全新思路。该工作以 “Side-Chain Control of Topochemical Polymer Single Crystals with Tunable Elastic Modulus为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.》(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, DOI: 10.1002/anie.202213840)。文章的第一作者是普渡大学化学工程系博士生 Zitang Wei(魏子棠)。普渡大学赵克杰教授在聚合物表征方面提供了指导与帮助。DFT 计算工作由普渡大学Brett Savoie教授指导完成。


原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213840


相关进展

普渡大学窦乐添教授团队 JACS: 具有拉伸C-C键的可降解回收聚合物

达特茅斯学院张文麟 Macromolecules:链缠结对聚合物结晶成核的影响

中科院长春应化所李茂研究员课题《Cell Rep. Phys. Sci.》: 聚合物单分子结晶薄膜

北京大学宛新华、张洁课题组Angew/Nat. Commun.:在聚合物调控立体选择性结晶领域取得新进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享,刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群,请先加审核微信号PolymerChina(或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。

这里“阅读原文”,查看更多


【声明】内容源于网络
0
0
高分子科技
高分子科技®协同全球高分子产业门户及创新平台 “ 中国聚合物网 www.polymer.cn ” ,实时报道高分子科学前沿动态,关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案,促进产学研及市场一体化合作的共同发展。
内容 16581
粉丝 0
高分子科技 高分子科技®协同全球高分子产业门户及创新平台 “ 中国聚合物网 www.polymer.cn ” ,实时报道高分子科学前沿动态,关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案,促进产学研及市场一体化合作的共同发展。
总阅读294
粉丝0
内容16.6k