摘要
软物质材料的性能和应用源于其微观结构，分子的化学结构的微妙变化可能会显著地影响凝聚态结构、性质和功能，因此从分子设计的角度来调控材料内部空间结构是一种普遍且重要的方式。对于溶致液晶来说，由两亲性小分子水合作用衍生而来的软球形胶束会填充到立方晶格中，从而形成丰富的中间有序相结构。Frank-Kasper相和准晶相这种非常规的球形胶束堆积方式为设计具有不同性能的材料提供了可能性，而如何将复杂的相结构与分子本身的可调节参数联系起来是面临的挑战之一。 离子型两亲分子的可调节因素包括亲水头基结构、反离子类型、疏水尾链等。本文主要从反离子类型和疏水尾链长度这两个角度出发，探究了在水驱动下其对多头基离子型两亲分子自组装相行为的影响，重点研究两亲性小分子的头基和不同特性的反离子配对时如何引导超分子球形胶束中间相的选择。我们的研究结果表明，反离子类型和结构在决定具有“软”球形胶束的有序纳米结构的形成方面发挥着关键作用，极性头基-反离子与碳氢尾链的明智配对，为微妙地调整非连续立方相的结构提供了指导。具体研究内容如下： 首先，设计合成了疏水尾链碳原子数目分别为10、12、14、16的TABC m（m为疏水尾链碳原子数）系列分子，这些分子由具有三个季铵根基团的亲水性头部和疏水性烃类尾链通过共价键构成。这样锥形的结构更有利于形成球形胶束相。 其次通过简单的离子交换反应，引入了CH3COO-、CH3SO3-、CF3SO3-、CF3COO-、H2PO4-和SCN-这六种具有不同化学特性的一价反离子与头基进行配对。通过小角X射线散射对其溶致液晶相进行了表征，绘制了在反离子介导下随着样品在水中浓度变化的溶致液晶相图。发现带有轻微疏水性的反离子如CF3SO3-和CF3COO-在疏水碳链较短时不利于溶致液晶相的形成，相反CH3SO3-和CH3COO-这两种反离子在碳链长度较长时极大地拓展了溶致液晶相窗口的宽度，在m=16时分别可达到70wt%和75wt%。在TABCm-[CH3COO-]3体系中除了常见的BCC、FCC立方相结构，观察到了三维周期性结构F-Kσ相向准周期结构DDQC的转变，这也是首次在中简单的二元溶致体系中观察到十二边形准晶相的形成，说明通过反离子对溶致液晶相行为来进行微妙地调控是合理且可行的。 最后，还探究了多价反离子CO32-、C4H4O42-、C4H4O62-、PO43-和C6P5O73-对其相行为的影响。为了保持价态平衡，这类反离子与头基之间的结合方式会较复杂一些。通过对相图的观察也发现了在反离子介导下丰富的溶致液晶相行为，在TABCm-[C6H5O73-]体系中也观察到了DDQC相的形成，说明溶致有序中间相的选择可能更多的还是取决于反离子与头基的配对情况以及水合程度。发现在C4H4O42-和C4H4O62-这两种反离子调控下的溶致液晶相行为也是不同的，即使是反离子的细微差异也会对两亲分子的组装造成较大的影响。
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