超分子聚合物导向无机纳米粒子的分级有序组装及性能研究

通过聚苯乙烯-聚乙烯基吡啶(PS-P4VP)中P4VP和十五烷基苯酚PDP间形成氢键来构筑刷状超分子。以配体交换法使末端含巯基PS接枝到金纳米粒(棒)表面。利用超分子自组装诱导无机纳米粒子有序排列。利用氢键的可逆性，将得到的杂化结构解组装得到单个分散的组装体。与Monte Carlo和自洽场模拟相结合，系统研究了无机纳米粒表面接枝聚合物性质、超分子性质、纳米粒性质等对杂化组装体结构的影响规律。取得的进展如下：.1) 调节纳米粒表面接枝聚合物性质来改变纳米粒与共聚物间熵和焓效应，从而调控纳米粒在共聚物中的分布。结合自洽场模拟，提出了纳米粒能否进入囊泡壁的定量关系。揭示了纳米粒在囊泡与胶束中选择性分布的熵驱动机制。.2) 基于超分子组装思路，在体系中同时加入PS修饰金纳米粒和PDP，使杂化组装体形貌不变的同时纳米粒含量增加。采用Monte Carlo模拟，揭示了纳米粒含量对杂化组装体结构的影响规律及微观链取向与组装体间的关系；明确了杂化组装体有序结构形成的驱动力。.3) 采用多步接枝和不同分子量PS修饰法，成功将金棒分散到超分子中。调节纳米棒性质、共聚物微区尺寸等实现了对纳米棒取向、粒间距及相应光学性质的调控。以金纳米线为模板将PS-PAA自组装到金纳米线表面，结合瑞利不稳定使金线断裂得到核中含纳米粒的棒状胶束。给出胶束中纳米粒的尺寸与分布等参数与温度、退火时间等条件间的依赖关系。.4) 研究了超分子在受限条件下的自组装，尺寸减小增加受限效应，出现结构失挫现象，得到结构新颖的粒子；解组装后得到单个分散的纳米体(纳米盘、纳米杯等)或介孔材料。调控退火时间、聚合物与溶剂间的相互作用，实现了组装体形貌与内部结构的双重可逆转变。.5) 在外加电(磁)场和空间受限双重作用下，金纳米棒可以克服旋转所需的扭矩等，得到了一系列新颖的杂化结构(链状、螺旋等)。. 以上结果为设计、制备具有可控纳米粒分布、粒间距和取向的聚合物/无机纳米粒杂化材料提供了重要的实验和理论依据，为有序结构复合材料构建打下了基础。发表论文17篇(Adv Mater 2篇, Small 2篇, Macromolecules 7篇)。做学术报告19次，培养博士后2名、研究生7名。申请中国发明专利5项。