新型苯胺寡聚物光-热功能聚合物材料

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光-热转换聚合物材料在许多研究领域以及实际应用中都有重要的意义。光-热转换聚合物材料主要有无机光-热纳米聚合物复合材料和有机高分子光-热材料两大类。但无机光-热纳米颗粒存在在聚合物基底中分散困难、成本高、制备复杂、光稳定性差等缺陷。而有机高分子光-热转换材料,小分子光-热染料光照易分解,抗漂白能力差,荧光发射降低了其光热转换效率;导电高分子光-热聚合物溶解性、加工性能较差。这些缺陷限制了现有光-热转换聚合物材料的大规模实际应用。本论文中,我们提出采用苯胺寡聚物作为光-热转换剂,制备了一系列新型光-热转换功能聚合物。苯胺寡聚物制备简单、成本低、溶解加工性能好、官能团灵活可调、光照稳定性好。并且苯胺寡聚物可以共价连接于聚合物链中,实现完全均一的分散,克服无机纳米颗粒的团聚问题。通过合理的分子设计,利用苯胺寡聚物的多功能性,实现了多功能光-热聚合物材料的制备;利用类玻璃高分子的可加工性以及光的局部、远程、快速可控操作性,制备了具有复杂3D结构的驱动器;拓展了苯胺寡聚物基光-热聚合物材料的实际应用。研究工作分为如下几个部分:(1)将苯胺寡聚物引入环氧类玻璃高分子中。结合类玻璃高分子的可加工性以及苯胺寡聚物的多重响应性,在同一材料中实现热、光、电、pH、氧化还原试剂和金属离子6种响应,以及形状记忆、焊接、愈合、回收、电致变色和金属离子吸附等多重功能。突破了传统方法只能实现3种以下刺激响应或功能的局限。(2)将苯胺寡聚物引入环氧液晶类玻璃高分子中。所得液晶聚合物具有优异的光-热效应,实现了光控形状记忆、焊接以及愈合等功能。通过“先交联后拉伸取向”的方法得到的单畴液晶聚合物具有优异的光致可逆驱动性能以及驱动稳定性。(3)提出一种制备复杂3D形状驱动器的普适策略。将苯胺寡聚物引入二硫交换类玻璃高分子中,通过分子设计得到湿气/太阳光响应双层膜驱动器,克服了双层膜驱动器易剥离,难以重塑形以及制备复杂3D形状的缺陷。通过重塑形、焊接、图案化以及剪纸等技术制备复杂3D形状,实现了湿气/太阳光下的可逆驱动。(4)采用苯胺寡聚物与多聚甲醛缩聚,得到高苯胺寡聚物含量的单一组分多孔聚合物泡沫,并用于太阳能界面水蒸发。材料在1个太阳光强度下即可以达到80%的蒸发效率,媲美效率最高的无机纳米光-热材料。材料不仅可以用于纯水蒸发,还可以用于海水淡化以及污水处理。
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