超分子化学与纳米高分子材料.ppt

2007-06-06 高分子科学与材料概论 超分子化学与纳米高分子材料 SupermanSuper-moleculeSuper-: 强大、有力量、巨大，等等。 超：越过、超过、赶上；大于、高于、远于。 纳米： 10-9 m，非常小的尺度。 两者有何关联？ 超分子：在分子这一物质结构层次之上去观察物质的结构。 分子的尺寸有多大？化学合成：通过化学键的断裂和重生来创造新的物质。分子化学：从化学键的结合这一层次研究物质的结构和性质。分子结构间接影响物质的性能，聚集态才是直接影响物质性能的因素。超分子构筑：通过分子间弱相互作用来形成新的物质。在大自然创造的物种基础上，用自然之物和自然之和谐，人类将创造无限的物种。——列奥纳多·达·芬奇 纲 要 超分子化学 什么是超分子化学 小分子的超分子 天然高分子的超分子化学（生命） 合成高分子的超分子化学 纳米材料简述尺度、维数、纳米材料的特性 高分子的超分子化学 高分子的共混体系 嵌段共聚物的超分子化学（固体、溶液） 高分子超分子化学的应用 超分子化学 什么是超分子？超分子是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，形成复杂的、有组织的聚集体，保持一定的完整性，使它具有明确的微观结构和宏观特性。 什么是超分子？ 超分子形成的因素（能量、熵、分子识别） 相互作用（降低能量）（非共价键） 静电作用 什么是超分子？ 相互作用（降低能量） 氢键 金属原子和配位体间的配位键 疏水相互作用 ?-?堆叠作用 范德华力 什么是超分子？ 分子识别 （客体和主体，给体和受体，锁和钥匙） 小分子的超分子 氢键识别组装成分子饼 小分子的超分子 氢键识别、?-?堆叠和冠醚-阳离子识别的协同 小分子的超分子 Zn-N配位键形成的分子盒 小分子的超分子 Fe-N配位键组装成的超分子 小分子的超分子 疏水作用 环糊精的类别和结构 天然高分子的超分子化学（生命） 遗传物质DNA 天然高分子的超分子化学（生命） 生命活动的载体蛋白质 蛋白质的合成 生命活动的载体蛋白质 蛋白质的分子链构象及其功能 蛋白质二级结构： a-螺旋： 头发等的a- 角蛋白 b-折叠：蚕丝的丝心蛋白 天然高分子的超分子化学（生命） 病毒的超分子结构植物病毒：RNA和蛋白质的超分子；动物病毒：DNA和蛋白质的超分子；核酸居于内部，蛋白质以最简单、占有空间最为经济的方式排列。 天然高分子的超分子化学（生命） 细胞膜（磷脂分子和蛋白质分子的超分子）磷脂分子（50 %），构成细胞膜的基本支架。蛋白质（40 %），一类蛋白质分子镶在膜的表层，另一类蛋白质分子嵌插或贯穿在磷脂双分子层中。 天然高分子的超分子化学（生命） 肌肉组织（微丝中的蛋白质） 微丝的主要组分是肌动蛋白纤维，后者是由肌动蛋白组成的直径为7nm的骨架纤维； 肌动蛋白的单链是球形（G-肌动蛋白），由两股G-肌动蛋白单链相互缠绕形成纤维状肌动蛋白（F-肌动蛋白）。 从球形?纤维状的变化是自组装的，除肌肉细胞和肠上皮细胞微绒毛中的微丝是稳定的结构外，通常细胞中的微丝都是处在组装和解聚的动态之中。 微丝组装的条件：Mg2+和高浓度Na+、K+，解聚的条件：Ca2+，低浓度的Na+、K+和ATP。 不同类型的细胞中，微丝还含有微丝结合蛋白，形成各自独特的结构或特定的功能，如肌细胞中就有肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。 表面活性剂的超分子结构 胶束（正、反） 球形 棒状 囊泡 （乳化剂双分子层构成囊泡壁） 复杂超分子结构 LB膜和多层膜 洋葱状结构 棒状结束的聚集体 纳米材料简述 尺度：0.1~100 nm 维数 零维：纳米粒子； 一维：纳米管、纳米线； 二维：薄膜； 三维： 纳米材料 单一或单相材料：纳米粒子、纳米管、纳米线 纳米复合材料 0-0复合、0-3复合、0-2复合； 纳米组装体系、纳米尺度图案材料 纳米材料简述 纳米材料特性 体积效应（小尺寸效应）：光、电、磁、化学特性和体材料相比发生很大变化 熔点远低于体材料的相应值（冷压冶金）； 等离子体共振频率随颗粒尺寸变化（宽频微波吸收材料）； 磁性的变化：纳米磁性材料表现为超顺磁性； 电阻率发生突变：金属变成非导体，电阻温度系数发生变化； 表面（界面）效应：比表面大、表面原子的分数剧增； 表面原子缺少相邻原子，具有不饱和性（化学活性增加）； 表面能高，吸附作用强，易聚集； 宏观量子隧道效应： 高分子的超分子化学结构及其功能 高分子合金（混合物）中超分子结构 嵌段共聚物的超分子结构 嵌段共聚物的类型 嵌段数目：两嵌段、三嵌段、多嵌段 形状：线形、星形、H-形、p-形、哑铃形…… 性质： 溶剂亲合性（水、其它溶剂）：双