荧光标记对聚合物结构检测及其性能调控的作用机制研究

Polymer materials are the high molecular weight compounds composed by monomers with covalent bonds. There are multilayer structures and multiple interactions in the polymer systems. The performance of polymer materials is affected by various factors. In this project, a systematic study aimed at the research on the characterization and performance regulation of polymer materials is carried on by using organic fluorescent molecular as the fluorescence labeling according to aggregation-induced emission(AIE) effect. At first, the polymerizable organic fluorescent molecules with AIE character are designed and synthesized, then different experimental routes are designed at the molecular level, the organic fluorescent molecules are linked onto the polymer chains with covalent bond through different preparation processes based on different polymerization mechanisms. According to restricted intramolecular rotation (RIR) mechanism, luminescence behaviors of organic fluorescent molecules are impacted by their chemical environment and the properties of the linked polymer chains. PL spectrum, together with other testing methods, is going to carry on to study the properties of polymer materials influenced by the structure of polymer chains and the interaction between the different polymer chains. In addition, fluorescence nanofibrous membranes will be prepared by electrospinning process according to the guide of fluorescence labeling. The feasibility of the functionalization of polymer materials is carried on to explore its potential applications in anti-counterfeiting, luminescence, and sensor. The development and completion of the project will bring the guiding significance on the study in the exploration of the structure of polymer materials and the regulation of their performances.

聚合物是单体通过共价键连接在一起的大分子量化合物。体系内存在多层次结构、多种相互作用，其性能的影响因素众多。本项目围绕高分子结构表征及性能调控的相关课题，从聚集诱导发光(AIE)效应出发，利用连接于高分子链段上荧光分子的标记作用，开展系统性研究。首先设计可进一步聚合且具有AIE效应的荧光有机小分子；然后设计实验路线，根据不同的聚合机理，采用不同的制备工艺，将其通过共价键连接于高分子长链。根据分子内旋转受限机理，荧光有机小分子发光行为与周围化学环境及所连接高分子链段的性质紧密相关。结合荧光光谱与其他检测手段，研究在不同环境、不同体系中高分子的结构、链段间相互作用及其对其性能的影响机制。通过荧光标记，进一步系统指导静电纺丝制备荧光纳米纤维膜的工艺并实现结构的有效调控。探索其在防伪、发光，传感器等领域潜在应用。项目的开展与完成，对探索高分子结构、性质，并实现对其性能的有效调控具有创新意义。

在2017年~2020年期间，在国家自然基金面上项目《荧光标记对聚合物结构检测及其性能调控的作用机制研究》（项目批准号：51673088）的资助下，本人根据项目申请的设计规划，开展系统性研究。即从聚集诱导发光效应出发，将荧光分子与聚合物长链或无机纳米粉料有效结合，在利用研究材料的荧光发光行为随材料制备过程变化规律。以实现实时跟踪的同时，也探讨了如何利用对材料的荧光发光行为随外界环境刺激相应的研究，实现荧光复合材料的功能化应用。研究分别在三个领域下展开：分别包括1、在聚合物材料领域中的应用研究；2、在有机-无机杂化材料上的应用研究；3、在微纳米纤维膜材料上的应用研究。.其特点在于其一，寻找到有效的手段或方法，可系统研究高分子材料在不同体系下，多层次链段结构之间如何相互作用及其运动情况；其二，通过对大分子多层次结构以及多层次运动的研究，掌握互相之间的相互作用，实现对高分子材料性能的有效调控。.本项目的实施，为研究高分子链间相互作用对材料性能影响的研究提供一种新的途径，拓宽聚集诱导发光效应在高分子领域中的研究与应用。借助荧光有机小分子与高分子长链的相互作用，实现其结构与性能的可调控性，高分子材料的功能化。相关研究成果在高分子结构与性能调控具有一定的理论指导意义，为一维纳米纤维的可控制备及功能化的研究具有潜在的应用价值。

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