摘要
超分子水凝胶具有良好的自修复性、动态可逆性及刺激响应性等性能，被广泛运用于软机器人、细胞培养、组织工程、药物递送等领域。葫芦脲作为重要的超分子大环主体分子，在分子识别中显示出极强的亲和性、选择性，常被用于超分子水凝胶的构建。Fe3O4纳米颗粒(NPs),具有磁性、导电性等性能，可以改善水凝胶的力学性能，赋予其新的功能。一方面，无机纳米材料与有机高分子之间的相界面问题对复合材料的性能有很大影响，相界面间的超分子作用力作为影响复合材料的重要因素之一，引起了研究者的兴趣。另一方面，基于Fe3O4纳米材料的自组装可赋予复合水凝胶新的功能，如结构色，从而可以扩宽复合水凝胶的应用领域。 本文利用葫芦脲的主客体相互作用及Fe3O4的功能，构筑了两种纳米复合超分子水凝胶，并研究了其性能，主要研究内容如下: (1)制备出表面修饰了葫芦[7]脲的四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4@CB[7]NPs),并与侧链上修饰了客体分子(G)的聚丙烯酰胺(PAM)共混，基于葫芦[7]脲的主客体相互作用作交联点，构筑了一种具有室温自修复性能和力学性能可调的复合水凝胶。纳米颗粒在水凝胶中具有良好的分散性，增加其用量，可使复合水凝胶的断裂强度从0.08MPa提高至0.30MPa。该复合材料展现出良好的导电性，具有应变刺激的电信号响应，可用于柔性电子等领域。 (2)通过溶剂热合成法制备了碳包覆的四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4@C MNPs)。采用原位光聚合，将其引入到基于CB[8]主客体相互作用的超分子水凝胶中，制备出超分子光子晶体水凝胶。该水凝胶展现出明亮的结构色，且结构色对水含量、溶剂类型、竞争客体浓度具有良好的刺激响应性，其对水含量的刺激表现出较宽波长范围(约200nm)的光谱响应，具有稳定的水/乙醇交替刺激响应性，对竞争客体浓度的变化也表现出明显的红移(89nm)。此外，水凝胶还具有室温自修复能力，自修复过程不改变原有结构色，由此构筑的图案模型具有动态显示性结构色，可用于显示、传感、信息存储和保护等领域。
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