多酸团簇基遥爪型聚合物的流变学研究:一种簇际相互作用的定量测试方法
批准号:
92161126
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
75.0 万元
负责人:
卜伟锋
依托单位:
学科分类:
高分子材料制备
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
卜伟锋
中文摘要
充分认识簇际相互作用对于理解团簇的形成机制、揭示构效关系、构造高性能的团簇材料与器件极为重要。但据我们所知,尚未有研究报道定量表征簇际相互作用的方法。本申请项目拟通过多酸团簇基遥爪型聚合物的流变学研究,回答团簇领域中的一个基本科学问题:如何定量表征簇际相互作用。一、精准合成以多酸团簇为端基的,非缠结的遥爪型聚苯乙烯。其中,多酸团簇和聚合物之间是通过共价连接的。二、研究该类簇基遥爪型聚合物在溶液、熔体和固态中的自组装行为,揭示这些自组装行为与多酸团簇结构、抗衡阳离子、桥连的聚苯乙烯分子量之间的关联性,定性分析其簇际相互作用机制。三、研究该类簇基离聚物的流变学性质,并结合分子流变学理论解析得到团簇解离特征时间τs。簇际相互作用能,也就是缔合能Ea与τs、热运动特征能量kT、热运动特征时间τ0应满足如下关系:Ea = kTln(τs/τ0)。进而,建立定量测试簇际相互作用的流变学方法。
英文摘要
Full understanding inter-cluster interactions are fundamentally important for elucidating formation mechanism and structure-property relationship of clusters and constructing high-performance cluster based materials and devices. However, to the best of our knowledge, there has been no method for quantifying the inter-cluster interactions. This proposal will answer the fundamental scientific question of how to quantitatively characterize inter-cluster interactions, by investigating rheology of polyoxometalate (POM) based telechelic polymers. (i) We will precisely synthesize a series of POM based telechelic polymers, wherein the central polystyrene chains are nonentangled, and covalently linked with end-functionalized POM clusters. (ii) Their self-assembled behaviors in solution, melting and solid states are studied in detail. Moreover, we will build a substantial relationship of the self-assembled behaviors with POM structures, countercations, and molecular weights of the central polystyrene chains. Therefore, the corresponding inter-cluster interactions are qualitatively analyzed. (iii) The rheological properties of the POM based telechelic polymers are investigated in detail. The resulting rheological data are quantitatively fitted by the molecular theory for the ion-containing polymer rheology. Therefore, the ratio of the characteristic time of POM dissociation, τs, to an attempt time of segmental motion, τ0, can be related to the association energy of the inter-POM interaction: Ea = kTln(τs/τ0), where k is the Boltzmann constant and T is the absolute temperature. Accordingly, the ratio of the temperature dependences enables us to precisely determine Ea that is consistent with Ea determined directly from the value of τs/τ0 at given T. Therefore, a rheological protocol is constructed for quantitatively measuring inter-cluster interactions on the basis of POM based telechelic polymers.
聚合物−多金属氧簇复合材料是一类含有多金属氧簇的功能软材料,既具有聚合物的可控组装特征,又展示出基于多金属氧簇的功能特性。我们制备和表征了一系列以多金属氧簇为端基的遥爪型聚合物,并建立了一般制备方法。其中,星形遥爪型聚合物在溶液中自组装形成以多金属氧簇为壳层,以聚苯乙烯为核的单分子胶束。但对簇基遥爪型聚合物的流变学研究发现多金属氧簇之间的相互作用能超出了流变学的测试范围(> 100 kJ/mol)。同时,我们制备和表征了一系列以多金属氧簇或簇基离子微区为核,以聚甲基丙烯酸长链烷基酯、聚异丁烯为支链的复合材料。此系列簇基复合材料是高度油溶性的,在润滑基础油中展示出优异的润滑性能。例如,相较于基础油,在0.5 wt %浓度条件下,簇基星形聚合物的摩擦系数降低了60%,磨损体积降低了96%。因此,我们发现多金属氧簇是在低黏条件下,提升油膜厚度和强度,减少摩擦磨损和确保长效润滑的核心基元。考虑到无硫无磷(少硫少磷)的多金属氧簇、绿色制备方法及功效,该研究为构建高端簇基润滑材料体系及工业化应用提供了研究基础和绿色解决方案。上述簇基聚合物的油溶性和优异的润滑性能督促我们进一步将研究推进到高性能聚合物纳米复合润滑材料。利用遥爪型聚合物与纳米粒子之间的配位键、氢键、π−π堆积、动态共价键等相互作用,不溶于基础油的纳米粒子能以油凝胶的形式均匀地分散在由功能性遥爪型聚合物形成的三维超分子网络中。在这些聚合物纳米复合油凝胶中,遥爪型聚合物不仅大幅度增加了纳米粒子在基础油中的分散稳定性,而且还有效提升了纳米粒子的减摩抗磨和承载性能,为开发绿色高端润滑材料提供了新途径。
基于多酸簇合物的星形超分子聚合物:精准制备、在基础油中的溶液行为与摩擦学应用
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批准号:52073130
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
以磁性簇合物为核,以共轭高分子为支链的超分子星状聚合物:自组装纳米结构、光物理性质和磁性研究
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批准号:21674044
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2016
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
基于发光铂(II)配合物的杂化高分子:合成、自组装结构转变与光物理性质研究
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批准号:21474044
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项目类别:面上项目
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资助金额:86.0万元
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批准年份:2014
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
基于铀同多酸的有机/无机杂化材料:铀酰离子的分离、自组装结构和光谱性质
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批准号:51173073
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
嵌段共聚物/多酸杂化材料的制备、自组装以及光物理性能研究
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批准号:20901034
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2009
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
国内基金
海外基金