多重刺激响应性超分子凝胶的构建及其自修复性能研究(2)

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在如今的21世纪，对生命科学的研究范围，从生物逐步跨越到化学，其中对超分子化学的研究更为耳熟。是因为科学家们发现在亿万年来，人们一直研究的生命体系是由各个超分子体系维系。超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的并具有一定化学性质的微粒聚集而成。

随着科技的进步，人们对生活品质的追求也有着跨越性的目标，生活中所见物质均有着自己的“外衣”，原始材料的易磨损不可再利用性，引起人们对材料研究的热情。起初引人注目的是以高分子化学为基础的高分子材料，有着易改性、易加工等优良性能，成为材料科学的后起之秀。对于近20年超分子化学的研究不再是简简单单局限于优化超分子化合物的合成及化合物的性能的研究，而是突破性的向材料方向采取研究措施。近年来，超分子智能响应性材料的出现广受科学家的青睐。本文综述了近年来几类超分子智能响应性材料的研究进展及前景，并叙述超分子功能性材料应用。

1.1 历史背景

1.1.1 超分子化学的概念

在20世纪中叶，由科学家C.J.Pedersen、J.M.Lehn和D.G.Gram等人合成了大环分子，这些大环分子能基于非共价键作用选择性地结合某些离子和有机小分子，且这一创新成果获得1987年度诺贝尔化学奖。1978年法国科学家J.M.Lehn在超越主客体化学的研究范畴首次提出“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”[2]。超分子化学（Supramolecular Chemistry）是第一本关于超分子化学的专业国际学术期刊，为让人们更了解超分子化学创建一个好的平台。在此时的21世界，超分子化学已是化学科学的前沿学科。

超分子化学主要研究分子间的非共价键的弱相互作用，如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用及他们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。近两百年以来，化学界创造近2000万种分子，这都归功于化学键的复杂性及元素本身具有的特质。超分子化合物是若干化学物种通过分子间相互结合在一起的化合物，由此可见，超分子化学开拓了创造新物质与新材料的崭新无限的发展空间。超分子化学的出现使得科学家们的研究领域从单个分子拓宽至分子的组装体。[3]

1.1.2 分子自组装的概念

超分子化合物合成方法不再局限，但是分子自组装是最为原始的方法。由超分子化合物的定义可知，所谓的分子组装是一种从简单到复杂、从无序到有序、由多组份收敛到单一组份的不断自我修复、自我完善的堆积过程。[4]超分子自组装是一个自然现象，如DNA和RNA、病毒分子和酶等都是通过自组装过程，形成我们所探究到的高度组织、信息化和功能化的复杂结构。在化学领域所常见的如晶体生长、液晶形成、人工脂质双层的自发生成、金属配位化合物的合成等同样是所谓的分子自组装产物。

分子自组装是一个自发过程，不需要借助外力。这一发现是科学的福祉也是问题的开端。分子自发的组装形成我们现在所能研究的体系，但是因其不可控性，困扰性加大。在science的150年纪念刊中曾提出对于分子自组装问题“我们能够推动化学自组装走多远？”这一问题的出现表明科学家们对超分子自组装的重视及超分子自组装对人们生活有着巨大影响。