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 PAGE \* MERGEFORMAT 10 超分子液晶的制备及相关性能 摘要：液晶高分子是将小分子液晶引入到高分子当中的一类特殊的聚合物，它既有液晶态的各向异性，又具备高分子的性能，如可加工性等，在光电功能材料和纳米材料有着广泛的潜在用途。超分子化学，是指分子间通过非共价键合作用而聚集组织在一起而形成的有序聚集体。随着超分子化学研究的开展，由于非共价键具有动态可逆等特点，使得基于超分子聚合物材料的相关研究受到越来越多人的关注。 关键词：液晶、超分子、聚合物 1 引言 超分子化学，作为化学学科的前沿，可以理解为“超越分子的化学”；是指分子间通过非共价键合作用而聚集组织在一起而形成的有序聚集体。即“分子以上层次”的化学[1-2]。1987 年超分子的创建人、诺贝尔化学奖获得者、法国科学家J. M. Lehn 对超分子化学的论述是：“超分子已经发展成为一门高度交叉的学科，它涵盖了比分子本身复杂得多的化学物种的化学、物理和生物学的特征”。在超分子化学中，分子识别、位点识别和分子自组装是三个最为关键的科学问题。 分子识别和位点识别与非共价键作用密不可分。非共价键作用，主要指静电相互作用、氢键、配位相互作用、π-π 堆积作用、疏水相互作用、给受体相互作用、范德华力等[3]。相对于与范德华力和亲疏水相互作用力来说，氢键是一种具有方向性的作用力，而相比于静电、配位等相互作用，氢键的强度适中；因此基于氢键构筑的体系中更有利于分子取向。实际上，在自然界中就有很多基于氢键而构建的关于生命的高级结构，例如DNA 分子便是一个最好的例子，DNA分子中的脱氧核糖核苷酸便是通过氢键的识别、配对来表达和传递生物的遗传信息，从而决定生物性状。此外，在非共价键作用中，氢键由于其强度和动态可逆等特点可以构筑高度可控且有序的相结构。因此，氢键作为超分子化学中的一个重要组成部分，为设计得到新型超分子化合物材料提供了新的思路和方法[4-8]。 自组装过程是自然界中广泛存在的一类物理现象[9]。从原子分子的组成，到各种生命体的形成、甚至宇宙的发展演化过程，都与自组装过程息息相关。自组装过程的研究，不仅仅对探究生命和自然界的奥秘十分有意义，而且为采用“自下而上”的方法制备具有规整结构的微米-纳米尺度功能材料，提供了重要的理论基础。 随着自组装的研究广泛开展，人们对于自组装过程的理解不断的深入。首先， 从热力学上看，自组装过程本质上是体系不断向自由能最低、最为稳定的状态演化的“自发”过程；其次，动力学上来讲，自组装过程与普通的“形成”过程是不同的，它的驱动力通常是非共价键作用，因而自组装过程是可逆的，而且可以通过组分合适的设计而加以控制；第三，自组装过程的结果，形成的聚集体结构相对于组装之前更为有序；最后，值得注意的是，自组装过程不是体系中各组分之间非共价键作用的简单叠加，而是一种整体的，复杂的协调共同作用[10]。 根据自组装过程所发生的体系，可以将自组装大致分为以下几类：本体自组装、溶液自组装和界面自组装，其中每类中又涉及各种不同的具体组装形式。溶液自组装按浓度可以分为稀溶液和浓溶液两种情况。稀溶液中最为常见，最为典型的组装形式是胶束和囊泡；在浓溶液中，重要的组装形式包括凝胶、溶致液晶等。而本体中的自组装形式一般为形成结晶或液晶（热致液晶）。由胶束到凝胶，再到液晶/结晶，大体上是一个浓度不断增大的过程，同时也往往是一个有序度不断提高的过程。结合本论文的内容，以下将主要介绍氢键超分子液晶，特别是基于氢键作用的侧链型超分子液晶聚合物。 2 氢键超分子液晶 2.1氢键 作为一种分子间的相互作用力，氢键在自组装、大分子高级结构形成以及人 的生命活动中起着重要的作用。早在1892 年，Nernst 就发现含羟基的分子之间存在弱的相互作用[11]。10年后Werner 将该弱的相互作用归纳到自己“Nebenvalenz”（次级键，minor valence）体系中，对氢键进行了合理的描述[12]。1920 年，Huggins 和Latimei，Rodebush 意识到氢原子是该弱的相互作用的核心部分[13-14]。1935年Bernal 与Huggins 提出“氢键”一词形容这一弱的相互作用，得到了人们的广泛认可[15-16]。自此，氢键吸引着无数的化学家，在从理论计算到生物、材料应用的各个领域开展对其深入的研究[3]。 目前，按氢键强度来划分，氢键主要可以分为三类：（1）强的氢键作用；（2）强度适中的和弱的氢键作用；（3）特殊的氢键作用[17]。Jeffrey 和Sanger 将强的氢键作用定义为具有很短的键长，很强的方向性以及高结合能（~40 kJ/mol）的两个中心键（center bonds）形成的氢键，例如F—H…F—，O—H…O—。强度适中和弱的氢键具有D