具体描述
本书基于国内外纳米超分子化学的发展趋势，在超分子化学的基础上重点描述了合成受体构筑纳米超分子体系的方法及纳米超分子体系作为分子器的原理，并且介绍了冠醚、环糊精、杯芳烃等人工合成受体分子组装以及组装体作为分子机器等纳米器件和纳米材料的应用方面的知识。本书图文并茂，知识性和新颖性相结合，适用于化学、材料科学、生命科学、信息科学领域的科研人员以及高校教师研究生等。
《分子机器与智能材料的未来：从基础构建到功能实现》 内容简介 本书深入探讨了分子机器与智能材料领域的前沿研究，旨在为读者构建一个从基本分子构筑单元到复杂功能系统的完整认知框架。全书内容聚焦于设计、合成与调控具有动态行为和环境响应性的新型分子实体，以及它们在先进材料科学中的应用潜力。 第一部分：超分子构建基元的精细调控与自组装 本部分首先回顾了超分子化学的基本原则，重点阐述了如何通过非共价键相互作用（如氢键、π-π堆积、疏水作用、配位键等）实现对分子单元的精确控制。 第一章：功能化识别单元的设计与合成 详细介绍了用于构建高级结构的识别分子。内容涵盖了特定识别位点的设计策略，例如手性识别、离子选择性识别以及生物大分子（如核酸、蛋白质）的特异性结合位点。我们将探讨如何通过化学修饰来调控这些识别单元的电子结构和空间位阻，从而优化其结合亲和力和选择性。例如，介绍基于冠醚、杯芳烃和柱[n]芳烃等经典受体分子的新型衍生物合成路径，及其在溶液相和固相中的行为差异。 第二章：动态共价化学与可逆键合 动态共价化学（DCC）是构建具有自修复和重构能力的体系的关键。本章深入分析了可逆反应的动力学和热力学控制，包括亚胺/胺交换、二硫键重组以及硼酸酯交换反应。我们将详细讨论如何利用这些反应在分子尺度上实现拓扑异构化和结构重排，这是开发自适应材料的基础。 第三章：基于定向自组装的超分子结构构筑 本章侧重于宏观结构从微观分子行为中涌现的过程。内容包括： 1. 一维结构： 纤维、链状聚合物的形成机制，着重于纤维的长度控制和螺旋度的调控。 2. 二维结构： 表面吸附导致的分子薄膜的形成，特别是二维共价有机框架（COFs）和二维超分子晶体的界面行为分析。 3. 三维结构： 基于预设几何构型和空间位阻的自组装，如囊泡、胶束和拓扑结构（如分子笼和分子环）的精准组装。重点分析了溶剂效应、温度梯度和pH值对组装路径和最终形貌的影响。 第二部分：分子机器的原理与功能实现 本部分将视角从静态结构转向动态功能，系统阐述了分子机器的设计理念、驱动机制及其工作原理。 第四章：分子机器的驱动力与运动模式 分子机器的核心在于能量输入与可控运动的转换。本章详尽分析了主要的驱动模式： 1. 化学驱动： 基于底物消耗或催化循环的周期性运动，如分子马达的燃料依赖性旋转。 2. 物理驱动： 光照、电场或磁场诱导的响应。重点讨论了光开关分子（如偶氮苯、二芳基乙烯）在驱动分子机器中的应用，包括光诱导的几何异构化如何转化为宏观扭转或伸缩。 3. 环境响应驱动： 基于pH、离子浓度或温度变化的响应。 第五章：代表性的分子机器实例与机制剖析 本书选取了几种具有里程碑意义的分子机器进行深入剖析： 1. 分子马达： 阐释其非互易性运动的物理基础，讨论如何实现单向转动和速度调控。 2. 分子开关与逻辑门： 将分子系统转化为信息处理单元，分析其输入-输出关系，特别是多输入逻辑运算的实现。 3. 分子梭与轨道系统： 讨论分子如何沿预设轨道进行“穿梭”运动，及其在分子尺度的纳米传输中的应用潜力。 第三部分：智能响应材料与功能集成 本部分将前两部分的构筑单元和动态分子机器集成，以开发具有高级功能的智能材料。 第六章：刺激响应性聚合物与水凝胶 智能材料的关键在于对外部刺激的敏感性和可逆响应性。本章详细介绍了： 1. 高分子骨架的修饰： 如何将响应性单元（如pH敏感基团、温度敏感聚合物PNIPAM）引入聚合物链中，以实现体积相变。 2. 智能水凝胶的构建： 讨论基于动态共价网络和超分子网络构建的可自修复、自愈合水凝胶，及其在软体机器人和药物缓释中的应用潜力。 第七章：多级结构材料的构筑与新兴应用 本章聚焦于如何将分子机器和智能响应性单元整合到多级材料体系中，以实现复杂的宏观功能。 1. 自适应界面工程： 利用分子机器在材料表面进行动态重构，实现表面润湿性、粘附性或催化活性的实时调控。 2. 分子机器在生物医学中的应用： 探讨将智能分子系统封装到纳米载体中，实现对癌细胞微环境的感知并精准释放治疗剂的策略。这包括对氧化还原梯度、低pH环境的特异性识别和响应。 3. 分子机器驱动的软物质： 介绍如何利用分子马达驱动的材料实现向特定方向的定向运动或应力产生，为开发新型驱动材料提供理论基础。 本书的理论深度和实践广度兼具，适合高年级本科生、研究生以及从事超分子化学、材料科学、纳米技术和生物物理学领域的研究人员参考。全书强调实验数据的严谨分析和理论模型的准确预测，旨在推动读者对分子尺度上功能实现原理的深刻理解。
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