高分子化學
關注創(chuàng)建者：徐海權 創(chuàng)建時間：2015-08-17
高分子化學的實例教程
機械力化學是一個重要的化學分支學科，近年來，隨著對自然界中一些機械能傳導和轉化過程認識的加深，師法自然，高分子化學家將機械力化學與高分子化學相結合，使得機械力化學這一古老的學科展現(xiàn)出新的生機：目前人們已經(jīng)能夠通過合理的分子設計，將機械力這種宏觀的作用力可控并精確地利用和傳遞至分子水平，并由此來調控化學轉變。在機械力作用下，高分子鏈作為應力傳導介質，能使能量高效地傳到高分子鏈中間的機械響應官能團上，由此發(fā)展起來的機械力響應性高分子材料，便能實現(xiàn)從機械能至化學能，進而至其他形式能量的轉化。
前期的研究表明，具有化學發(fā)光特性的1,2-二氧環(huán)丁烷是一種機械力響應性發(fā)光基元，通過聚合物鏈共價修飾，機械力便可傳遞至弱過氧鍵，誘導其高選擇性斷裂，同時發(fā)射420納米左右的藍光。這種力誘導的發(fā)光在時間和空間上具有高分辨率，并且沒有背景光源干擾，是一種直觀靈敏的檢測聚合物應力損傷的方法（Science, 2014, 344, 186-189, Nat. Chem., 2012, 4, 559-562）。
但是，1,2-二氧環(huán)丁烷斷裂發(fā)光存在強度較低，并且肉眼和儀器對藍光檢測靈敏度不高等問題。為了提高其作為應力探針的靈敏度，利用能量轉移的方法可將1,2-二氧環(huán)丁烷的藍光轉移至熒光小分子的發(fā)光，提高發(fā)光效率。但前期的工作主要利用溶液共混、滴膜、干燥的方法制備聚合物與受體小分子的混合薄膜，存在的問題有（1）受體含量有限，到達一定濃度后，易發(fā)生相分離和結晶，不能進一步提高能量轉移效率；（2）混合薄膜制備繁瑣，且在制備過程中，聚合物易降解。針對上述問題，作者發(fā)展了幾種易于聚合的受體小分子，將其通過共價鍵直接連到聚合物主鏈上。
展開 一個世紀前，德國化學家赫爾曼?施陶丁格(Hermann Staudinger，1953年諾貝爾化學獎得主)先驅性地提出大分子是由小分子重復單元通過化學共價鍵連接在一起，從此顛覆了當時主流學界對高分子結構的普遍認知。自那以后，高分子化學領域進入了一個繁榮昌盛的時代。五花八門的高分子合成材料不僅僅走進了我們的生活，并且更是極大地提高了人類的生活質量，比如日常隨處可見的工業(yè)材料（建筑，包裝，涂料，紡織等）和高價值的新型功能材料諸如生物醫(yī)用器械和微電子芯片等。作為高分子家族重要的一員，刺激響應型高分子是一類可以響應外界環(huán)境變化從而改變自身理化性質的“聰明”大分子。通過精細的設計，這類聚合物可以響應很多種外界信號諸如酸堿度，溫度，光，力，氧化還原試劑，電磁場等。近年來，高分子科學家對這類聚合物材料進行了廣泛深入的研究并證明了其在生命科學，納米科學，材料科學，環(huán)境保護等領域具有廣泛的應用前景。
傳統(tǒng)的刺激響應型高分子在外界刺激的作用下往往只會發(fā)生一些非常基礎的的改變，比如聚合物鏈構象，聚合物之間相互作用，或者聚合物與溶劑之間的相互作用（即溶解性）等。然而上述這些簡單的結構變化在很多情況下無法引起聚合物材料發(fā)生顯著的性質改變，因此可能無法滿足很多實際應用中的要求。為了進一步讓刺激響應型聚合物變得更加“聰明”，一批高分子化學家近幾年另辟蹊徑，開始嘗試研發(fā)一類新型的刺激響應型高分子，賦予它們在環(huán)境刺激下改變自身拓撲結構（Architecture）的能力。眾所周知，聚合物的拓撲結構包含線性，超支化，梳型，星型，環(huán)形等等。這些拓撲結構作為高分子的一個基礎卻重要的特征，無論對高分子的本體性質（例如熱性質）還是溶液性能（例如自組裝，粘度等）都有著非常重要的影響。因此，當大分子能夠像“變形金剛”一樣去改變自身拓撲結構時，它們的性質也會隨之發(fā)生顯著性的改變。
展開 據(jù)報道全球范圍內硫的年產(chǎn)量高達八千萬噸，化學工業(yè)用掉的不到一半，堆積如山的硫成為觸目驚心的工業(yè)廢料和環(huán)境污染（如酸雨）的來源。于是科學家們的一個重要的科研課題就是對硫的合理利用，其中將單質硫轉化為功能性的含硫聚合物成為有效途徑之一。再說二醇。二醇是多羥基化合物中結構相對簡單的一類，多羥基化合物可是自然界中最豐富的存在，所有的糖類，不管是葡萄糖、果糖、蔗糖這些單糖多糖，還是淀粉、纖維素、殼聚糖，從決定人的生命健康的核糖到化妝美容的海藻酸鈉，都是多羥基化合物。工業(yè)上的二醇和多元醇產(chǎn)品也多得很。如果把單質硫和二醇結合起來做成功能高分子材料，那可是一箭雙雕、一舉多得的大好事！
可惜這樣的事情以前一直沒發(fā)生過，預期今后相當長的時間里也不會發(fā)生，因為現(xiàn)有的化學反應理論告訴我們這樣的化學過程太難太難了（如果不是不可能的）。這倒不是說單質硫不能用來合成高分子材料，而是說目前還不能用二醇和單質硫直接合成高分子材料，其實 “固特異”輪胎即硫化橡膠堪稱高分子工業(yè)的鼻祖。所以我們換個思路，向大自然學習。分析一下前面提到的淀粉、纖維素，加上蛋白質、DNA/RNA這些天然高分子（生物大分子）的結構，就會發(fā)現(xiàn)它們都是多種構筑單元通過化學鍵連接起來的有機整體，如果從高分子學科的角度看，它們都可以認為是“多組分聚合反應產(chǎn)生的聚合物。“多組分”意味著至少有三個組分，那么第三組分選什么呢？
既然可以有硫化橡膠，還有高效率的硫與活潑雙鍵的點擊化學反應，那就選乙烯類單體吧。可是然后呢？二醇怎么參與反應呢？所以直接上雙鍵單體是不行的。雙鍵單體不行就換三鍵單體！三鍵單體有一個不同于雙鍵單體的關鍵性能就是加成一次還能再加成一次，它有可能成為連接單質硫（甲方）和二醇（乙方）的第三單體（中介方）。
展開 圖5 使用的交聯(lián)劑（HPR-C和EGDMA）和單體（MEO2MA）的化學結構。
原文鏈接：
http://advances.sciencemag.org/content/4/10/eaat7629
來源：高分子科學前沿
面對全球范圍內愈發(fā)嚴重的能源危機和環(huán)境問題，通過模擬自然界的光合作用，以催化的方式高效地將太陽能轉化為化學能源的人工光合系統(tǒng)成為可持續(xù)能源領域的研究熱點。近年來，有機共軛半導體材料在光催化太陽能轉換領域開始綻放光彩，特別是超薄二維共軛高分子材料由于其獨具高比表面積，豐富的表面活性位點和高效的光生電子/空穴分離能力在將太陽能高效轉化為化學能方面顯示出極為廣闊的應用前景。
近日，中國科學技術大學徐航勛教授基于前期研究工作基礎，系統(tǒng)評述了近期超薄二維共軛高分子材料在太陽能轉化為化學能方面的主要進展。本篇綜述詳細總結了超薄二維共軛高分子納米材料的制備方法，著重討論基于超薄二維高分子構筑的雜化結構和異質結構在光催化水分解和二氧化碳還原方面的代表性工作，并展望了超薄二維共軛高分子材料在該領域所存在的機遇和挑戰(zhàn)。
共軛高分子半導體的電子結構可以在分子水平上實現(xiàn)簡單而精確的調控和設計，但是在上述太陽能-化學能轉化研究領域尚有諸多挑戰(zhàn)亟待解決，例如大規(guī)模合成厚度均勻、尺寸可控的二維高分子仍極具挑戰(zhàn)，催化的機理、原理研究不夠深入等。因此，需要設計更為有效的合成路線以及結構調控方法，并采用前沿的表征手段和深入的理論計算明確揭示光催化反應路徑與機理，以期推動二維共軛高分子材料在太陽能能源轉化領域的實際應用。該工作即將發(fā)表在Chinese Journal of Polymer Science (2019) 。
全文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s10118-019-2171-x
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化學鎳高光亮的配方是在傳統(tǒng)化學鍍鎳工藝的基礎上，通過優(yōu)化光亮劑組合和工藝參數(shù)實現(xiàn)的，如下成分和參數(shù)供大家參考:
一、基礎鍍液配方
主鹽與還原劑的摩爾比：鎳離子與次磷酸鈉需保持1:3-1:4，避免鍍液分解或鍍層粗糙。無光亮劑的鏡面反射率一般在30%-50%。
高分子材料問世至今僅有一百多年的歷史，但其發(fā)展速度之快及應用范圍之廣，使它和鋼鐵、木材、水泥一起構成現(xiàn)代社會的四大基礎材料。與其它材料相比，高分子材料具有非常優(yōu)良的成型加工性能和機械強度，這與其特殊的結構、分子量大小和分子量的差異程度（分子量分布）有著非常密切的關系。
因此，掌握平均分子量和分子量分布等信息，對于高分子材料的研究、開發(fā)、制備以及生產(chǎn)工藝管理和品質把控等方面至關重要。
摘要
傅里葉顯微鏡廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀察、光子晶體成像等領域，它使得直接觀測空間頻率分布成為可能。
單分子的成像質量取決于高NA 傅里葉顯微鏡系統(tǒng)，例如，在復雜透鏡系統(tǒng)中，每個光學界面的角度相關的菲涅耳損耗和孔徑的衍射。VirtualLab Fusion可以在考慮菲涅耳損耗和孔徑衍射效應的情況下對整個系統(tǒng)進行建模。文中給出了一個案例，并與文獻中的實驗結果進行了比較
<p>透射電子顯微鏡(縮寫TEM)，簡稱透射電鏡，是把經(jīng)加速和聚集的電子東投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件)上顯示出來。由于電子的德布羅意波長非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學顯微鏡高的很多，可以達到0.1~0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬
高熵合金作為一類新型多主元合金，因其獨特的成分設計理念而表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能，如高強度、高硬度、良好的耐腐蝕性以及出色的抗疲勞性能。與傳統(tǒng)合金相比，在循環(huán)載荷下展現(xiàn)出獨特的位錯運動行為和損傷累積機制，為開發(fā)新型抗疲勞材料提供了廣闊的研究空間。疲勞失效是工程結構件的主要破壞形式之一，通常由循環(huán)應力（如正弦波載荷）作用下的微觀缺陷（如位錯聚集、裂紋萌生與擴展）逐漸累積所致。分子動力學（MD）模擬能夠在原子尺度揭示高熵合金在循環(huán)載荷下的微觀過程
在射出成型的過程中，將塑料填入模穴中是首要的關鍵步驟。基本上，這是一個與流動波前有關的三維瞬時問題，非牛頓流體流動及許多參數(shù)如熱傳導的問題都牽涉于其中。一般來說，若是設計未臻完美或是用了不適當?shù)牟牧匣蛑瞥虠l件，都造成產(chǎn)品經(jīng)充填的過程中出現(xiàn)許多缺陷。
充填程序之示意圖
正常來說，充填過程中的熔膠都傾向往有最小阻力的區(qū)域前進。若熔融的高分子在模穴中某個區(qū)域行進的特別快，就表示此處對熔膠有著較低的阻力
在高分子材料的廣闊領域中，PVT 曲線作為一種關鍵的研究工具，正逐漸展現(xiàn)出其不可忽視的重要性。PVT 曲線，即聚合物材料的壓力（Pressure）、體積（Volume）和溫度（Temperature）之間的關系曲線，它如同一個微觀世界的解碼器，為我們揭示了高分子材料在不同條件下的物理行為奧秘，對高分子材料的研發(fā)、加工以及產(chǎn)品質量控制都起著舉足輕重的作用。
一
高分子材料的獨特 “指紋
模具設計者和開發(fā)者在高分子射出成型加工制程上，經(jīng)常遭遇結合線、流紋、凹痕等缺陷，或是加纖塑料件的表面浮纖等成型問題。一般來說，這些問題可藉由提高模具溫度獲得改善，然而，提高模具溫度會導致成型周期時間延長。因此，業(yè)界開始應用一項新的成型加工技術-快速模具溫度加熱冷卻成型技(Variotherm)，藉由模具溫度的快速切換，換取制程不同階段所需的溫度。快速模具溫度加熱冷卻成型技術在充填階段迅速提高模具表面溫度
1.摘要
傅里葉顯微術廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀測、光子晶體成像等領域。它使直接觀察空間頻率分布成為可能。在高NA傅里葉顯微鏡中，不同的效應(每個透鏡表面上角度相關的菲涅耳損耗、衍射等)會影響單個分子最終獲得的圖像質量。快速物理光學軟件VirtualLab Fusion可以使用其強大的場追跡引擎對整個系統(tǒng)進行建模，包括菲涅耳損耗和孔徑衍射效應。本文給出了一個案例，并將仿真結果與文獻中的實驗結果進行了比較
關鍵詞：pKa,高精度熱力學計算，DFT，Gaussian，量子化學
胺類化合物在化學、藥物化學和生物化學中扮演著重要角色，它們不僅廣泛應用于藥物設計、催化反應、環(huán)境污染治理等領域，而且其酸堿性質直接影響分子的溶解度、生物利用度和代謝途徑。因此，準確預測胺類分子的 pKa 值，對于理解其酸堿行為和調控其化學反應性具有重要意義。pKa 值反映了分子在水溶液中的酸性或堿性強度，通常通過實驗測定，但實驗方法常常受到溶劑效應
