动态共价键凝胶的流变行为
材料科学中的凝胶化学
材料科学中的凝胶化学凝胶是指一种由网络状分子聚集而成的物质，它们在吸收一定量溶剂（水或有机化合物），形成一种类似于半固体的物质。
这种物质流动性不足，但具有弹性。
凝胶特性使得它在许多应用领域中有重要的作用，如制造分离膜、生物医学材料、电化学器件等。
然而，凝胶的制备却是一项相对复杂的工作。
其中主要有两个方法：化学交联和物理交联。
化学交联方法是指通过共价键联结聚合物，例如通过自由基聚合引发剂或化学交联制备凝胶。
物理交联方法是指通过氢键、离子相互作用、范德华力等非共价键的相互作用制备凝胶。
其中，凝胶化学在切实解决现实问题和推动科学发展等方面产生了广泛的影响。
以下将分别从化学凝胶和物理凝胶两方面论述。
化学凝胶化学凝胶以交联产物重要性质的微观结构为基础，采用特定的聚合物、单体、溶剂及交联剂等成分和一定的工艺条件来制备复杂的凝胶材料。
对于这种材料，通常介绍材料的吸水率和力学性能。
材料的吸水率主要由水能够吸附到化学键上所决定，而材料的力学性能则取决于代表凝胶分子间连接的交联剂的强度、密度。
同时，为了掌握凝胶制备过程中的逻辑关系和影响制备质量的因素，需要确定各个组分的经验配比和工艺条件。
一旦确定这些参数后，凝胶制备的可重复性明显提高，基本保持不变的特性成为其优点。
对于氧化铝、二氧化硅、聚合物、生物物质和无机晶体等凝胶材料的化学凝胶制备方法被广泛应用于各种领域。
物理凝胶物理凝胶通过震荡、热处理或静置来制造凝胶，而没有通过化学交联建立共价键。
这种凝胶通常是由大量的可逆非共价相互作用（如范德华力、静电相互作用、氢键）形成的。
物理凝胶具有许多独特的性质，如可控的动态自组装能力、奇异的力学性质和形状记忆能力等。
物理凝胶不需要交联剂，制备简单，但需要仔细控制物质组分和制备条件。
一些常见的物理凝胶材料如聚乙烯氧化物聚合物、洋葱染料、聚合物溶液等。
凝胶材料的质量对应用领域的影响很大。
例如，凝胶任务作为多孔材料的重要一环，关系到材料的吸附、光纤、放电器件等领域的应用。
动态共价键 超材料 -回复
动态共价键超材料-回复什么是动态共价键（Dynamic Covalent Bonding）？如何构建超材料（Metamaterials）并应用于我们的生活中？这是一个引人注目的领域，涉及颇为复杂的化学和材料学原理。
在本文中，我将一步一步回答这些问题，并探讨这两个领域的关系以及未来的发展方向。
首先，让我们从动态共价键开始。
动态共价键是一种特殊的化学键形式，其特点是能够通过外部刺激改变键的强度或断裂。
与常见的共价键不同，动态共价键可以在不损失原子间连接的情况下进行动态调整。
这使得动态共价键具有许多独特的性质和潜在的应用。
动态共价键的发现与发展主要建立在有机化学的基础上。
通过利用有机化学中的一些基本反应，如亲核加成、羟醇反应或巯基反应，可以构建具有动态共价键的分子。
这些反应通常是可逆的，并且可以通过适当的条件进行断裂和重新组合。
这使得动态共价键非常有吸引力，因为可以通过调整外部条件来实现分子的重组和结构的变化。
在构建超材料方面，动态共价键发挥了重要作用。
超材料是一种人工合成的材料，具有非常特殊的性质和功能。
通过将不同类型的物质结合在一起，并精确地设计其结构和组织方式，超材料可以呈现出一些传统材料所不具备的特点，如负折射、负折射率、超常弯曲等。
这些特点赋予了超材料在光学、声学、电磁等领域的广泛应用。
动态共价键的特性使得其能够在超材料的构建中发挥重要作用。
通过利用动态共价键的可逆性和调控性，可以精确地控制超材料的结构和性质。
例如，通过调整外部条件，如温度、溶剂、光照等，可以实现超材料的重组或转变。
这为超材料的设计和制备提供了更大的灵活性和多样性。
然而，要实现动态共价键超材料的实际应用仍然面临着一些挑战。
首先，动态共价键材料的稳定性是一个关键问题。
要实现可控的重组和转变，需要确保动态共价键在所需条件下能够保持足够的稳定性。
此外，动态共价键的可逆性和调控性也需要进一步研究和理解。
如何精确地控制外部条件以实现所需的结构和性质变化仍然是一个需要解决的问题。
动态共价键在表面活性剂中的应用研究
动态共价键在表面活性剂中的应用研究陆娉娉 郭 爽 张永民*（江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡， 214122）装得到各种聚集体(例如胶束和囊泡等)。
其中胶束在食品检测、医疗医学等方面有突出的应用，而囊泡因为与生物细胞的相似性，受到研究者们的广泛关注。
表面活性剂的自组装给智能材料的研究带来了无限的可能，通过给予一些环境刺激来调控表面活性剂的自组装，触发两亲化合物的开/关，使它们可以自组装成具有可控特性的囊泡、胶束和凝胶[1]。
外部刺激导致化合物的分子结构发生改变，分子结构的变化是调控两亲化合物自组装的关键。
如果分子结构的变化是可逆的，则可以实现宏观性质和微观聚集行为的可逆转变。
动态共价键的可逆性和动态性是构建自适应和可逆系统的有力工具[2]，并且可以形成各种超分子聚集体，如凝胶、纳米棒和胶束等。
动态共价键在超分子科学领域受到广泛关注，它结合了经典共价键的稳定性和非共价键的可逆性，是一种具有动态特征、相对稳定的共价键。
由于动态共价键具有可逆性质，自组装聚集体的结构和形态可以更容易的进行可逆调节[3]。
因此，动态共价键是构建智能材料的理想工具。
目前，研究者们已经利用动态共价键研发出了一系列的智能材料，在化学、医疗等方面做出了独特的贡献。
近年来， 也出现了很多基于动态共价键的表面活性剂，它们可以自组装成各种智能材料，这种材料不仅具有可逆性，还具有稳定性。
本文将结合各种不同动态共价键的特点，介绍其应用，并展望其发展前景。
1 动态共价化学动态共价化学的出现和超分子化学有着密切的联系，动态共价化学的核心部位是动态共价键，近几年，动态共价键的发展壮大在超分子科学领域引起了人们的广泛关注。
由于超分子实体中的分子组分是靠非共价键连接的，非共价键的不稳定性使得超分子化学在本质上是一种动态化学，因此，超分子物质可以可逆地解离和缔合[4]。
后来有学者认识到分子化学也可以具有相似的动态特征，只要分子中含有可以可逆地断裂和形成的共价键，就可以通过重组和构建单元的交换使结构发生连续的变化。
基于光谱学解析乳液凝胶体系中分子动态机制
基于光谱学解析乳液凝胶体系中分子动态机制光谱学在解析乳液凝胶体系中分子动态机制方面发挥了重要作用。
乳液凝胶体系是由水相和非水相组成的，具有乳液和凝胶的双重特性，在许多领域具有重要的应用价值。
光谱学可以通过观察不同波长的光在乳液凝胶体系中的吸收、发射、散射等现象，帮助科学家了解分子在其中的动态机制。
本文将从乳液凝胶体系的结构特点入手，介绍光谱学在解析乳液凝胶体系中分子动态机制方面的应用，从而探讨其在相关领域中的潜在应用价值。
首先，乳液凝胶体系的结构特点。
乳液是一种由液体固体悬浮粒子所组成的胶体溶液，其主要由水相和油相组成。
在乳液中，水相和油相通过表面活性剂等物质形成胶束结构，使得乳液具有较好的稳定性和流变性。
当乳液中的水相或油相发生凝胶转变后，便形成了乳液凝胶体系。
乳液凝胶的结构稳定性和特殊的流变性使得其在医药、化妆品、食品等领域具有广泛的应用价值。
在乳液凝胶体系中，分子的动态机制是十分复杂的。
科学家们通过光谱学技术，可以观察到不同波长的光在乳液凝胶体系中的吸收、发射、散射等现象，从而了解分子在其中的动态机制。
例如，通过红外光谱技术，可以观察凝胶中分子的振动和伸缩等特征，从而推断分子的空间结构和相互作用方式。
通过紫外-可见吸收光谱技术，可以观察凝胶中分子的能级结构和电子跃迁等特征，从而了解分子的电子结构和激发态行为。
通过荧光光谱技术，可以观察凝胶中分子的荧光特性，从而了解其在激发态下的动态行为等。
这些光谱学技术为科学家们提供了研究乳液凝胶体系中分子动态机制的有力工具。
光谱学在解析乳液凝胶体系中分子动态机制方面的应用具有广泛的潜在应用价值。
首先，在医药领域，通过研究乳液凝胶体系中药物分子的动态行为，可以帮助科学家们设计出更加稳定和有效的新型药剂，从而提高药物的疗效和生物利用度。
其次，在化妆品领域，通过研究乳液凝胶体系中活性成分的动态行为，可以帮助科学家们改进化妆品的配方和性能，从而提高化妆品的质量和使用感受。
可动凝胶体系渗流流变特性及其表征
摘 要 ：通过 室 内流 变 实 验 和 渗 流 流 变特 性 实 验 ， 究 了可 动 凝 胶 体 系 的 流 变 特 征 ， 析 了可 动 凝 胶 体 系 的 损 耗 模 量 和 储 能模 量 的 研 分 量 值 变化 关 系 ， 明 了可 动 凝 胶 体 系 的粘 弹特 性及 触 变 性 。根 据 实 验 和 非 牛 顿 流 变 学 理 论 ， 立 了 多 参 数 粘 弹一 变 性 本 构 关 系 ， 阐 建 触 并 在 实验 和 应用 中得 到验 证 。模 型 计 算 结 果 与 实 验 数 据 相 吻 合 ， 构 方 程 的稳 定 性 较 好 。 本 关 键 词 ：可 动凝 胶体 系 ； 变特 性 ； 流 特 性 ； 弹 性 ； 变性 ； 构 方 程 流 渗 粘 触 本
可 动凝 胶 体 系渗 流 流 变特 性及 其 表 征
马 庆 坤
（ ．中 国科 学 院 力 学 研 究 所 １
朱 维耀 高 珉 王 明
北 京 １０ ８ ００３ ０２５ ） ６ ５ ２
北 京 １０ ８ ； ２ 北 京科 技 大学 土木 与 环 境 工 程 学 院 ０ ００ ． ３ ．中 国 石 油 华 北油 田 公 司 河北 任 丘
Ｍ ａＱｉｇ ｕ 。 Ｚ ｕ Ｗ ｅｙ ｏ Ｇａ ｉ。 Ｗ ａ ｇ Ｍ ｉｇ ｎ ｋ ｎ’ ｈ ｉａ ｏ Ｍ ｎ ｎ ｎ
（ ． ｎ ｔｔｔ ｆ Ｍｅｈ ｎ ｃ ， ｉｅｅ ａ ｍｙ ｏ ｉｎ ｅ ， ｉｉｇ １ ０ ８ Ｃｈｎ ２ Ｓ ｈ ｏ ｆ ｖｌａ ｄ １ Ｉ ｓｉｕ ｅ ｃ ａ ｉｓ Ｃｈ ｎ ｓ ｄｅ ｆ Ｓｃｅ ｃ ｓ Ｂｅｊｎ ０ ０， ｉａ； ． ｃ ｏ ｌ Ｃｉｉ ｎ ｏ Ａｃ ０ ｏ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ ｇｉｅ ｒｎ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｂｅｊｎ Ｂｅｊ ｎ ０ ０ ３， ｉａ； ｖ ｒｎ ｎ ａ Ｅｎ ｎ ｅ ｉｇ， ｉｅ ｓｔ ｆ Ｓｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｉｉ ｇ， ｉｉｇ １ ０ ８ Ｃｈｎ ３ ＰｅｒＣｈ ｎ ａ ｅ ｌ ｅｄ Ｃ ｍｐ ｎ Ｒｅ ｑ ｕ０ ２ ５ ， ｈ ｎ ． ｔｏ ｉａ Ｈｕ ｂ ｉＯｉｆｉｌ ｏ ａ ｙ， ｎ ｉ ６ ５ ２ Ｃ ｉａ）
凝胶材料的力学性能研究
凝胶材料的力学性能研究凝胶是一种具有网络结构的材料，具有多孔性和可变形性，常见于生物医学、化学工程和材料科学等领域。
凝胶材料的力学性能是其研究的重要方面之一，对于了解和应用凝胶材料具有重要意义。
一. 引言凝胶是由高分子聚合物网络形成的三维结构，其中包含纤维或微粒和液体相互交织而成。
凝胶的力学性能由其微观结构和相互作用决定，如网络强度、纤维或微粒间的相互作用力等。
二. 凝胶的力学性能1. 弹性性能凝胶的弹性性能是指其在受力后能够恢复原状的能力。
凝胶材料常具有可压缩性和可撤除形变的特点，这使得它们在各种应用中具有重要作用。
研究表明，凝胶的弹性性能与其网络结构和交联度有关，网络越紧密和交联度越高，凝胶的弹性性能越高。
2. 流变性能凝胶的流变性能是指其在外力作用下的变形行为。
流变学是该领域的一个重要研究方向，它涉及到凝胶的粘弹性、黏度、剪切率和应力等参数。
通过流变学实验可以获得凝胶的应变-应力关系、流动行为和弹性模量等信息，进而了解凝胶的力学特性。
三. 凝胶材料的应用凝胶材料由于其在生物医学、化学工程和材料科学中的独特性能，被广泛应用于各种领域。
1. 生物医学应用凝胶材料在药物递送、人工组织工程和细胞培养等方面起着重要作用。
其可调控的力学性能和多孔结构使其成为理想的生物医学材料，可以用于修复组织缺损、药物控释和细胞培养基质。
2. 化学工程应用凝胶材料的稳定性和可调控性使其成为化学工程领域的研究热点。
凝胶在催化剂载体、分离膜和电池电解质等方面具有广泛应用前景，可以提高化工过程的效率和环境友好度。
3. 材料科学应用凝胶材料的力学性能和可塑性使其在材料科学中具有广泛应用。
凝胶材料可以制备成纳米颗粒、泡沫和涂层等形式，用于制备超级材料、防护材料和热障涂层等。
四. 凝胶材料的研究方法研究凝胶材料的力学性能需要掌握一定的实验和理论方法。
常见的研究方法包括拉伸实验、压缩实验、剪切实验和原位观察等。
此外，结合材料力学、流体力学和热力学等理论，可以建立模型和模拟，进一步解析凝胶材料的性能。
动态流变学评价双黄连即型凝胶的胶凝性质
动态流变学评价双黄连即型凝胶的胶凝性质目的：应用动态流变实验测定双黄连即型凝胶（SHLgel）的流变性质，评价其胶凝性质，预测其在体胶凝行为。
方法：采用剪切速率、频率扫描测定SHLgel在不同温度下的流变参数，采用程序升温/降温、快速升温/恒温测试表征其相转变过程。
结果：SHLgel在低温或室温条件下，相角δ接近90°，黏性特征占主导，为牛顿流体；在体温条件下，相角δ很小，弹性特征占主导，为剪切变稀的假塑性流体；相转变过程中，相角δ急剧减小，模量呈指数增涨，胶凝温度（Tg）为（35.38±0.05）℃；相变温度33.71～37.01℃；相转变时间为140 s。
结论：动态流变实验能更为准确贴切的表征SHLgel的胶凝性质，可作为产品体外评价及质量控制的依据。
标签：双黄连；即型凝胶；假塑性流体；动态流变学；相转变1材料Physica MCR301流变仪（CC27同轴圆筒测试系统，奥地利安东帕（中国）有限公司）；pH计（瑞士梅特勒托利多电子有限公司）；黄芩提取物（自制，含黄芩苷97.5%）；银翘提取物（自制，含绿原酸7.0%，含连翘苷1.2%）；泊洛沙姆407，188（德国，BASF）；苯甲酸钠、氢氧化钠等均为分析纯。
2方法与结果2.1SHLgel的制备称取处方量（参照《中国药典》2010年版一部中双黄连口服液处方）的黄芩、银翘提取物，依次置适量蒸馏水中，加碱液使溶解，得双黄连水液；取处方量的泊洛沙姆188，泊洛沙姆407，苯甲酸钠，置双黄连水液中，搅拌均匀后，置冰箱中冷藏，使成澄明均一溶液；调节pH，补水至全量，湿热灭菌，即得。
2.2动态流变学测定2.2.1测定方法量取SHLgel样品20mL，置CC27同轴圆筒模具内，表面覆盖一层硅油以防止溶剂挥发。
样品的温度用热台精确控制在±0.05℃内。
流变参数的测定在聚合物溶液的线性黏弹性范围内进行，应变幅度设定为0.1%，以避免剪切运动破坏凝胶的三维网络结构。
nature动态共价键
nature动态共价键Nature动态共价键：自然界中的神奇化学现象导语：在自然界中，化学反应是随处可见的。
其中，共价键是一种重要的化学键，它在分子中起着连接原子的作用。
然而，在某些特定条件下，共价键会呈现出动态的特性，这一现象被称为动态共价键。
本文将从动态共价键的概念、形成机制、生物体中的应用以及未来的研究方向等方面进行一步一步的解答。
第一步：什么是动态共价键？动态共价键，顾名思义，指的是在特定条件下，化学键的性质可以发生变化，从而导致分子结构的动态改变。
与常规的静态共价键相比，动态共价键更具有灵活性和可逆性。
第二步：动态共价键的形成机制是什么？动态共价键主要有两种形成机制：亲核取代和亲电取代。
亲核取代是指通过亲核试剂与分子中的亲电中心发生反应，形成亲核取代产物，从而形成动态共价键。
亲电取代则是指通过亲电试剂与分子中的亲核中心发生反应，同样能够形成动态共价键。
第三步：生物体中的动态共价键有哪些应用？生物体中的动态共价键起着重要的生理功能。
其中，DNA中的动态共价键是细胞遗传信息传递的基础，RNA中的动态共价键则能够影响基因的表达。
此外，许多生物体利用动态共价键来完成生物催化、信号传导等过程。
例如，酶催化反应中的临时共价键能够提高反应速率；神经系统中的动态共价键可以传递信号。
第四步：动态共价键的研究方向有哪些？尽管动态共价键已经被广泛研究，但仍然存在许多有待解答的问题。
一方面，研究人员希望能够深入了解动态共价键的形成机制和反应动力学。
另一方面，他们还希望能够通过设计和合成新型的动态共价键来拓展其应用领域，并开发出更具活性和选择性的化合物。
结语：动态共价键是自然界中一个令人着迷的化学现象。
通过对动态共价键的深入研究，人们可以更好地理解分子之间的相互作用，并为合成更复杂、功能更强大的化合物提供理论指导。
未来，随着科学技术的不断进步，相信动态共价键的研究将会取得更大的突破，为我们揭示更多自然界的奥秘。
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Peyrelasse, J.; et al. Phys. Rev. E 1996, 6126
10
8
10-1
frequency (rad/s) 63.1 25.12 15.85 6.31 2.512 1.585
(mPa s)·
6
= 1.5
4
-1.5
2
cg = 3.7 wt %
10-2
3.0
3.5
3.2wt%
10-1
100
101
(rad/s)
10-2 10-3 102
G" (Pa) G (Pa)
e
104 z = 2.5 2.5 103
102
tensile test
oscillatory test
101
0.1
1
10
= (c-c )/c gg
dynamic covalent bonds are 10 similar to the physical cross-links
104
A2 + B3
A2 - B3 + H2O
103 75 oC
1 Properties of Well-Developed Gels with High Gelator Concentration
G', G" (Pa) G' , G" (Pa)
Effect of Temperature on the equilibrium modulus (Ge)
聚环氧乙烷：（PEO）环氧乙烷开环聚合而成的线型 聚醚，即可溶解于水，也可溶解于很多有机溶剂，两 亲性高分子。小分子量的叫聚乙二醇（PEG），具有 很好的生物相容性。
H2
C
O
C H2
n
Rodriguez, H.; et al. PCCP 2009
Torimoto, T. et al., Adv. Mater. 2010
d[ A2 dt
]
k1[
A2
][B3
]
k1[
A2
]2
104 16.7v%
a
13.0v%
9.1v%
102
4.8v%
G', G" (Pa)
p 1 [ A2 ] [ A2 ]0
104
16.7v%
100
102
13.0v%
100
tgel
pc 1 pc
k11[ A2 ]01
second-order reaction
3
聚合物/离子液体溶液的流变行为
离子液体：（ionic liquids）一种由阴阳离子构成，在室温或接近室温（低于100℃） 下呈液态的有机盐。
能溶解纤维素 水洗回收 绿色环保
电解质 高电导率 不挥发
Armand, M. et al., Nat. Mater. 2009 4
聚合物/离子液体溶液的流变行为
功能凝胶
靶向给药
Lehn, J. M ,et al., Chem. Commun. 2007
7 Caixia Ding，et al.. Biomacromolecules. 2010,
动态共价键凝胶的流变行为
Dynamic covalent bonds：酰腙键
A2
B3
+
[]
Keq=
[ ][
k1
A·B
4.0
4.5
5.0
Gelator concentration (wt%)
c) 105
G' (Pa)
0.2
b) 102
4.7wt% 101 4.2wt%
0.3
0.4
= (c-c )/c gg
0.5 0.6 102
101
n = 0.75 100
3.7wt%
100
10-1
0.75
10-1
10-2
10-3
聚合物/离子液体溶液和动态共价键凝胶的流变行为
报告人：刘付永 2013-11-09
大纲 1、聚合物/离子液体溶液的流变行为 2、动态共价键凝胶的流变行为
2
聚合物/离子液体溶液的流变行为
背景介绍
聚合物：（Polymer）是指具有非常大的分子量的化合 物，分子间由结构单位、或单体经由共价键连接在一起 的相对分子量在一万以上的化合物。
]
k1[
A2
][B3
]
kd
[
A
B]
k1 [ A2 ][B3] kd [ A B]
[A2] = [B3]
137 1k
0
0
5
10
15
20
25
1/[A2] (M-1)
tgel as a function of 1/[A20 ]0 (ΦHAc =13.0 v%)
k1 ~ 0.03 [s]-1·[M]-1 (ΦHAc =13.0 v%)
kd
=k1/kd
]
Deng GH, et al., Macromolecules, 2010, 1191.
流变特性以及背后的分子机理: 凝胶化反应动力学 机械性能 自愈合机理
8
动态共价键凝胶的流变行为
凝胶化反应动力学
5k
A2
B3
+
k1
A·B
4k 3k
kd 2k
t （s） ge l
d[ A2 dt
动态共价键化学与超 分子化学有相似处： 结合是可逆的； 不稳定网络； 存在一种平衡。
动态共价键化学与超分子化学不同之处
动态共价键化学 断裂和形成慢； 化学作用； 键能大，稳定。
超分子化学 断裂和形成快； 物理作用； 键能小，不稳定。
6
动态共价键凝胶的流变行为
动态共价键的应用 自愈合凝胶
Imato K，et al.,Angew. Chem. Int. Ed.，2012.
Pre-gelation: 0
a)
At gel point: G" G ' n
101
Post-gelation: Ge z q qg / qg
tan
Martin, J. E.; et al., Phys. Rev. Lett. 1988, 2620
100
10-2 0
10-2 0
1k
2k
3k
10k
20k
30k
Time (s)
G', G“ Vs. time for samples with different 9ΦHAc
k1 ~ 0.003 - 0.043 [s]-1·[M]-(1ΦHAc = 4.8 - 16.7 v%)
Three steps and corresponding scaling laws
PEO 与不同ILs的亲和性不同
5
动态共价键凝胶的流变行为
背景介绍
动态共价键：（Dynamic Covalent Bonds）是一类可逆共价键，它们能 在一定的环境条件下打开并建立起原料与产物分子间的热力学平衡反应， 产物分子与原料分子始终处在一种持续的平衡中，原料和产物共存。
A2 + B3
A2 - B3