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自修复高分子在线视频

自修复高分子

下一节:有机化学合成中的新型固体催化剂

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自修复高分子课程教案、知识点、字幕

大家好,今天我来给大家介绍一下现在有机化学中

尤其是功能高分子材料中的一个新进展的方向,叫自修复材料

相信大家生活中经常会碰到这样的烦恼

比如说手机屏幕的碎裂,电脑经常开机不了

之后我们的轮胎由于外力的作用而出现破损

这些烦恼就是我们学习和科研我们要解决的

原因是这是能够提升我们生活质量和生活品质的一个过程

那如何解决这烦恼?

我相信大家想经常我们是找
师傅,但是千万不要忘记了我们自己

在这个过程中,我们来看一
看我们生活中我们自己常见的一个例子

比如说手上有个破损,出了一个伤口

我们最多也就是贴一个创可贴,发现这伤口就会慢慢长好

伤口长好的这个过程中,生物老师
告诉我们,它是由于血小板凝血因子等等过程

但是我们可以将它抽象出来一个概念,
实际上这个就是一个实现了物质和能量的补给过程

但是我们生活中常见的材料又不能实现这个过程

我们来想一想,如果将这个工
程引入到材料体系中,它会出现什么呢?

如果材料能同时具有感知和激励的双重功能

一旦发生破损不需要人工干预,这样
条件下的时候就能够实现自我修复,岂不是更好

这个过程中我们需要的核心还是物质和能量的补给过程

但如何去实现材料体系中本身的自
发的物质和能量的补给过程,我们来看一看

科学家们将这种自修复的材料分成两大类

第一类是埋植型自修复材料

可以想象将液体胶水变成小胶囊或者是微孔
道材料之后封装在材料中,当材料破损的时候胶水流出

材料就是自己能够被胶黏住,实现自修复过程

另外一种是我们将本身具有能够通过链段运
动或者发生可逆反应而实现材料的修复过程的一些分子

一些高分子材料引入到体系中,就可以制备出本征型自修复材料

那我们用一个形象的示意图来看一看

比如说微胶囊及自修复材料中,我们
可以将像AB胶水一样的胶水封装在微米胶囊中

再放到聚合物材料体系中,当破损
的时候微胶囊的胶水就会流出,实现交联固化

这样就可以将这个材料的裂痕修复上

但是这个实现物质和能量的补给过程
中,由于物质不能主动运输,微胶囊只能破裂一次

因此这类材料同一个位点的破损只能发生自修复一次

那如何实现多次的自修复过程呢?

于是人们想到了像动脉血静脉血可
以源源不断的去供给物质和能量的过程一样

于是人们想能不能在材料中构筑一个像静脉血
动脉血管一样的管道体系,这就是后来发展的微孔道型

这种材料可以实现材料的多次修复

微胶囊型和微孔道型自修复材料,我们统称为埋植型自修复材料

原因是它将胶水已经预先埋置在我们的材料体系中了

但是这样引起另外一个问题,我们的材料会变得更加的复杂

于是科学家们发展更新型的、发展更多的本征型聚合物材料体系

希望它又具备材料的功能,又能够实现材料的自修复

在2001年Nature上报道了第一篇利用微胶囊型自修复材料的设计

这是由Jeffrey S. Moore, Nancy R. So-
ttos, Scott R. White三个知名的美国教授实现的

他们将一种可聚合的单体封装在微胶
囊当中,而催化剂封装在聚合物的主体基材中

当微胶囊破损之后,我们的单体就会碰触到
催化剂实现交联聚合,实现这个过程的重新固化自修复

这是我们第一篇报道的微胶囊型自修复材料

刚才已经讲到了微胶囊型只能修复一次,人们想
到了血管的多次修复过程,我们每次伤疤可以多次的修复

之后人们设计了微孔道型自修
复材料,但是如何在材料中制备微孔呢?

在2009年有科学家报道,利用非常简单
的一个策略在聚合物材料中去制备微密集的孔道

他们利用高温的石蜡,在挤出过程中
就会形成一个柱状的固体,具有一定的支撑作用

他们再将其他的自修复基材浇筑之后再交
联,等加热交联固化之后再加热这个体系,将石蜡液化

就可以把石蜡取出,就可以制备相应的孔道

他们利用这个孔道填筑相应的可交联的液体单体

在一定的条件下,可以实现多次的
甚至高达几十次的同一个位点的自修复过程

但是石蜡由于本身自己的物理性质和化学性质的限制,
人们期待发展更多的更加有用的相应的能够制备微孔道的材料

最常用的现在发展最快速的就是利用3D打印打印一些高分子物质

这些高分子具有比较低的会降解温度,热降解温度

当一加热的时候它就会变成气体,于是用这
种材料可以在相应的材料体系中构筑更多的孔道体系

之后人们在想微孔道中我们毕竟还要灌注一些胶
水,于是造成很多的机械强度的下降或者是带来不必要的麻烦

现在科学家大力地着重的开采开发能否利用链段自
己的运动,或者发生可逆的化学反应来实现材料的自修复过程

在2002年的时候,科学家们报道了第
一篇利用可逆的动态共价键实现的自修复体系

他们基于马来酰亚胺与呋喃的D-A加成反应,
控制不同的温度,可以实现相应的网络结构的重组

我们可以看到这个材料能够破损之后再堆积
在一起加加热,它就会自动长在一起,实现自修复过程

人们又开发了很多很多类的化学反应

比如说这样一个橡胶弹性体引入了交联点
是利用二硫键实现的,当我们用小刀给它切上切断

之后再把材料挤压在一起,过一段时间的
时候发现材料已经自己长好了,完成了自修复过程

虽然人们已经探讨了很多很多这个自修复材料的
设计和测试,但是自修复材料到底能应用在什么领域中呢?

下面我给大家举几个例子

第一个例子是应用在导电体系中

相信大家经常有这样的烦恼,我们的手机
不能开机了,我们的电脑也受损之后电路板出问题了

人们在想能不能电路板上面非导
电体系中引入一些包含了导电物质的微胶囊

当材料破损之后,导电物质可以渗透
到破损的导电层中,这样就可以实现电路的修复

人们将碳纳米管,还有液体金属,
还有很多很多导电材料都实现了这个过程

人们发现这个过程可以不用人为干扰就可以实现电路的修复

相信这种材料在很多特殊的应用领域中将大展拳脚

另外一个我们生活中的烦恼就是我们的手机,我们的日用品

由于使用过程中涂层会破损,就会造成美观的
丧失,而且会降低使用寿命,原因是很多金属材料会生锈

人们大力的开发,将自修复材料应在涂层中

这些材料将阻止材料的生锈的这个过
程和材料表面划痕的产生,我们不需要去干扰它

发现以后的手机汽车很多涂层受损之后,如果能
够实现自修复将带来更好的一个舒适性、美观性和耐久性

之后最近人们在大力的开发自修复弹性体

比如说我们课题组在近几年之内发现可以利用动态的
脲键实现含有脲键体系的聚氨酯聚脲体系的弹性体的自修复材料

这个体系很有可能以后在我们的
沙发和人造皮革相应领域中实现相应的应用

相信大家每个人都注意到我们自己的衣
服、皮包或者沙发,有一些角线破损的有划痕的时候

这是我们非常痛苦的,因为它严重影响我们的美观

如果这种材料能够实现在皮革表面的自
修复材料中应用,将大大改善我们的生活舒适度

另外,现在科学家们也在逐渐探讨一些硬材料表面的一些自修复

比如说我们可以实现交联的一些固体
材料实现自修复过程,这个在之前是比较困难的

逐渐逐渐的人们发展了非常多的自修复材料体系

但是如何知道这些体系中是否有裂痕出现了呢?

因为有的时候我们还要知道裂痕是否出现了

最近科学家们探讨了这样一种策略

利用一种本身在溶剂中没有荧光,
在干燥状态下有荧光的物质封装到微胶囊中

当材料破损之后溶剂挥发,由
溶液状态到固体状态,材料变得有荧光了

于是我们可以用紫外灯轻易
的去看到哪里有荧光,哪里有微裂痕了

这个有什么用呢?

比如说我们的电线,由于它有表面涂
层之后有微痕之后,很有可能造成火灾的风险

如果有这样一种材料,使得
我们很容易去检测出来它的危险所在

就将大大的增强我们对火
灾或者是其他灾害的预防和控制能力

人们发展了很多的自修复材
料,很多的自修复测试,但是远远不够

但是这个过程中已经向人们展示了非常非常好的应用前景

比如说我们期待以后的自修复材料
随着它的进步和发展,能够实现在很多领域

比如说电子、医疗、通讯、汽等方面领域中的应
用,将大大改善我们的生活,将大大延长我们的材料寿命

今天就给大家介绍到这里,谢谢大家

简明有机化学(先修课)课程列表:

第一章 绪论

-1.1 有机化合物和有机化学

--有机化合物和有机化学

-1.1 有机化合物和有机化学

-1.2 有机化合物的特点及与其它学科的关系

--有机化合物的特点及其与其他学科的关系

-1.2 有机化合物的特点及与其它学科的关系

-1.3 有机化合物的结构

--1. 经典结构理论和现代共价键理论

--2. 碳的杂化

--3. 共价键的类型和参数

-1.3 有机化合物的结构

-1.4 有机化合物的分类,有机反应类型及条件

--有机化合物的分类与结构表示、反应类型及条件

--绪论

-1.4 有机化合物的分类,有机反应类型及条件

-1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定

--1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定

-1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定--作业

-本章习题

--本章习题--作业

--第一章绪论

--第一章绪论

第二章 饱和烃

-2.1 烷烃的命名

--1. 烷烃的普通命名法和烷基的命名、烷烃中碳原子的类型

--2. 系统命名法和顺序规则

-2.1 烷烃的命名--作业

-2.2 烷烃的结构和构象异构

--烷烃的结构和构象异构

-2.2 烷烃的结构和构象异构--作业

-2.3 烷烃的物理性质

--烷烃的物理性质

-2.3 烷烃的物理性质--作业

-2.4 烷烃的化学性质

--1. 烷烃的稳定性、氧化反应和燃烧、裂化反应、卤代方应及机理

--2. 自由基反应中氢的活性反应与卤素的选择性

-2.4 烷烃的化学性质--作业

-2.5 环烷烃的分类和命名

--环烷烃的分类及命名

-2.5 环烷烃的分类和命名--作业

-2.6 环烷烃的顺反异构和构象异构

--环烷烃的顺反异构及构象异构

-2.6 环烷烃的顺反异构和构象异构--作业

-2.7 环烷烃的化学性质

--环烷烃的化学性质

-2.7 环烷烃的化学性质--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第三章 不饱和烃

-3.1 烯烃的结构和命名、烯烃的顺反异构和构型标记

--1. 乙烯的结构和烯烃的异构

--2. 烯烃的命名、烯烃的顺反异构和构型标记

-3.2 烯烃的亲电加成反应

--1. 烯烃与卤素的加成

--2. 烯烃与HX的加成取向

-3.3 诱导效应和共轭效应

--1. 诱导效应

--2. 共轭效应

-3.4 自由基加成反应、硼氢化-氧化反应和烯烃的氧化反应

--自由基加成反应、硼氢化-氧化反应和烯烃的氧化反应

-3.5 共轭二烯烃的结构及反应

--1. 1,3-丁二烯烃的结构及亲电加成反应

--2. 共振轮

-3.6 烯烃复分解反应简介

--烯烃复分解反应简介

-3.7 炔烃的结构和命名

--炔烃的结构及命名

-3.8 炔烃的亲电加成反应和氧化反应

--1. 炔烃的亲电加成反应

--2. 氧化反应及末端炔烃的特性

有机实验1:基本操作

-基本操作演示

--基本操作

第四章 芳香烃

-4.1 芳香烃的分类及命名

--芳香烃的分类及命名

-4.1 芳香烃的分类及命名--作业

-4.2 苯的结构及其物理性质

--苯的结构和苯及其同系物的物理性质

-4.2 苯的结构及其物理性质--作业

-4.3 苯的亲电取代反应

--1. 苯的卤代反应、硝化反应和磺化反应

--2. 苯的傅-克反应、布兰克氯甲基化反应及加特曼-科赫反应

-4.3 苯的亲电取代反应--作业

-4.4 苯环上亲电取代反应的定位效应

--1. 单取代苯的定位效应

--2. 二取代苯的定位效应及定位效应的应用、苯环侧链的取代及氧化反应

-4.4 苯环上亲电取代反应的定位效应--作业

-4.5 稠环芳香烃

--稠环芳香烃

-4.5 稠环芳香烃--作业

-4.6 芳香性及休克尔规则

--芳香性及休克尔规则

-4.6 芳香性及休克尔规则--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第五章 立体化学

-5.1 旋光异构的基本概念

--旋光异构的基本概念

-5.1 旋光异构的基本概念--作业

-5.2 对映异构与手性分子

--对映异构与手性分子

-5.2 对映异构与手性分子--作业

-5.3 含有一个手性原子的化合物

--对映异构体的性质及其表示方法

--对映异构体的构型标记

-5.3 含有一个手性原子的化合物--作业

-5.4 具有两个手性中心的化合物

--具有两个手性中心的化合物

-5.4 具有两个手性中心的化合物--作业

-5.5 无手性碳原子的手性分子

--无手性碳原子的手性分子

-5.5 无手性碳原子的手性分子--作业

-5.6 对映异构体的不同生物活性

--对映异构体的不同生物活性

-5.6 对映异构体的不同生物活性--作业

-5.7 手性化合物的获取方法

--手性化合物的获取方法

-5.7 手性化合物的获取方法--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第六章 卤代烃

-6.1 卤代烃的分类与命名

--卤代烃的分类与命名

-6.2 卤代烷的结构及其亲核取代反应

--1. 卤代烷的结构和双分子亲核取代反应(SN2)

--2. 单分子亲核取代反应(SN1)

--3. 影响亲核取代反应机理的因素

-6.3 不饱和卤代烃的亲核取代反应

--不饱和卤代烃的亲核取代反应

-6.4 卤代烷的消除反应

--卤代烷的消除反应

-6.5 消除反应与亲核取代反应的竞争和卤代烷与金属镁的反应

--消除反应与亲核取代反应的竞争和卤代烷与金属镁的反应

有机实验2:阿司匹林的制备

-实验演示

--Video

第七章 醇、酚、醚

-7.1 醇的结构、分类及命名

--醇的结构、分类及命名

-7.2 醇的物理性质和化学性质

--1. 醇的物理性质和醇的酸性

--2. 醇的脱水

--3. 醇的氧化反应

--4. 邻二醇的特殊性质

-7.3 酚的结构、分类、命名及物理性质

--酚的结构、分类、命名及物理性质

-7.4 酚的化学性质

--1. 酚的酸性

--2. 酚环上的取代、氧化和显色反应以及酚醚和酚酯的形成

-7.5 醚的结构、分类、命名及物理性质

--醚的结构、分类、命名及物理性质

-7.6 醚的化学性质

--醚的化学性质

第八章 醛、酮、醌

-8.1 醛酮的分类、命名及结构

--醛酮的分类、命名及结构

-8.1 醛酮的分类、命名及结构--作业

-8.2 醛酮的亲核加成反应

--1. 与碳亲核试剂和格氏试剂的加成

--2. 与亚硫酸氢钠和氧亲核试剂的加成

-8.2 醛酮的亲核加成反应--作业

-8.3 羰基的还原和与氨的加成

--1. 与氨的加成,还原反应

--2. 克莱门森还原法和黄鸣龙还原、α-H的反应

-8.3 羰基的还原和与氨的加成--作业

-8.4 醛的特殊反应

--醛的特殊反应

-8.4 醛的特殊反应--作业

-8.5 醌

--

-8.5 醌--作业

第九章 羧酸及其衍生物

-9.1 羧酸的分类、命名及结构

--1. 羧酸的分类及命名

--2. 羧酸的结构及物理性质

-9.1 羧酸的分类、命名及结构--作业

-9.2 羧酸的酸性及脱羧反应

--羧酸的酸性及脱羧反应

-9.2 羧酸的酸性及脱羧反应--作业

-9.3 羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成

--羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成

-9.3 羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成--作业

-9.4 酯化反应

--酯化反应

-9.4 酯化反应--作业

-9.5 Claisen酯缩合反应

--Claisen酯缩合反应

-9.5 Claisen酯缩合反应--作业

-9.6 羧酸衍生物的亲核取代反应

--羧酸衍生物的亲核取代反应

-9.6 羧酸衍生物的亲核取代反应--作业

-9.7 羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应

--羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应

-9.7 羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应--作业

-本章习题

--本章习题--作业

有机实验3:薄层色谱

-实验演示

--薄层色谱

第十章 含氮与杂环化合物

-10.1 硝基化合物

--硝基化合物

-10.1 硝基化合物--作业

-10.2 胺的分类和命名

--1. 胺的分类

--2. 胺的命名

-10.2 胺的分类和命名--作业

-10.3 胺的结构

--胺的结构

-10.3 胺的结构--作业

-10.4 胺的性质

--1. 碱性与成盐反应、酰化反应

--2. 与亚硝酸反应及芳环上的亲电取代反应

-10.4 胺的性质--作业

-10.5 芳香重氮盐的性质

--芳香重氮盐的性质

-10.5 芳香重氮盐的性质--作业

-10.6 杂环的分类、命名及结构

--1. 杂环的分类和命名

--2. 杂环化合物的结构

-10.6 杂环的分类、命名及结构--作业

-10.7 杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物

--杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物

-10.7 杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第十一章 氨基酸、肽、蛋白质

-11.1 氨基酸

--氨基酸

-11.1 氨基酸--作业

-11.2 肽和蛋白质

--肽和蛋白质

-11.2 肽和蛋白质--作业

-本章习题

--本章习题--作业

有机实验4:甲基橙的制备

-实验演示

--甲基橙的制备

第十二章 单糖、寡糖和多糖

-12.1 糖的定义、分类和命名

--糖的定义、分类和命名

-12.1 糖的定义、分类和命名--作业

-12.2 单糖的结构及表示方法

--单糖的结构及表示方法

-12.2 单糖的结构及表示方法--作业

-12.3 单糖的理化性质

--单糖的理化性质

-12.3 单糖的理化性质--作业

-12.4 二糖

--二糖

-12.4 二糖--作业

-12.5 多糖

--多糖

-12.5 多糖--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第十三章 高分子化合物

-13.1 高分子科学发展简史

--高分子科学发展简史

-13.1 高分子科学发展简史--作业

-13.2 高分子化合物的基本概念

--高分子化合物的基本概念

-13.2 高分子化合物的基本概念--作业

-13.3 高分子化合物的结构和性能

--高分子化合物的结构和性能

-13.3 高分子化合物的结构和性能--作业

-13.4 高分子化合物的应用和展望

--高分子化合物的应用和展望

-13.4 高分子化合物的应用和展望--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第十四章 有机化学研究前沿

-14.1 钯催化交叉偶联

--钯催化交叉偶联

-14.2 天然产物全合成

--天然产物全合成

-14.3 药物中的有机化学

--药物中的有机化学

-14.4 自修复高分子

--自修复高分子

-14.5 有机化学合成中的新型固体催化剂

--有机化学合成中的新型固体催化剂

-14.6 有机光电功能材料

--有机光电功能材料

-14.7 绿色有机合成化学-光催化的有机新反应

--绿色有机合成化学-光催化的有机新反应

-本章习题

--本章习题--作业

有机实验室安全事项

-有机实验室安全事项

--有机实验室安全事项

自修复高分子笔记与讨论

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