超分子液晶嵌段共聚物纳米复合体系的研究

液晶嵌段共聚物具有的多层次分级组装性质在自组装和纳米材料科学领域具有独特的优势，在本项目中，我们将利用液晶嵌段共聚物体系多层次组装的特点来实现纳米粒子在不同尺度的可控分级有序组装。通过系统研究基于氢键复合的超分子液晶嵌段共聚物的结构与组成关系；纳米粒子的表面功能化修饰对纳米粒子组装结构的影响；以及在此基础上建立的三类液晶嵌段共聚物纳米粒子复合体系的多层次分级组装结构和性质，同时结合温度、力场、电、磁场等物理调控手段，研究复合体系内软材料（嵌段共聚物）与硬材料（纳米粒子）之间的相互作用以及在不同尺度上对外界条件刺激响应性，提出这类体系的组装机理。这类复合材料将兼具软物质体系的响应性、聚合物材料的可加工性以及纳米粒子排列后表现出的特殊性质，有望成为一类具有独特光、电和磁性质的新型纳米复合功能材料。

嵌段共聚物通常由两段或两段以上不相容的聚合物链通过共价键连接形成，形成大小在10~100 nm范围内的丰富的微相分离结构，通过添加小分子，纳米粒子或低分子量均聚物，进行物理共混的方法是调控嵌段共聚物自组装结构的一类有效手段。将具有精确化学结构的小分子通过氢键作用力引入嵌段共聚物体系中，形成一段具有梳形结构的超分子嵌段共聚物，则小分子的加入，不仅可以实现对嵌段共聚物体系的结构和尺寸调控，还可以实现在纳米尺度下更小结构的有序性，得到具有多层次分级结构的复杂组装体系。在本项目中，我们利用超分子液晶嵌段共聚物体系的多层次组装的特点来实现纳米粒子的可控分级有序组装，结合DSC、POM、AFM、SAXS和同步辐射GISAXS等方法系统研究了氢键的引入对超分子液晶聚合物、嵌段共聚物的有序结构的形成和调控的重要作用；客体小分子的分子结构和含量对聚合物组装结构以及嵌段共聚物多级组装结构的影响；纳米粒子在多级组装结构内的排列和分布等方面的内容。研究发现超分子有序结构的形成和相结构类型与小分子的含量、柔性尾链长度、刚性部分大小等有密切关系，氢键诱导的超分子有序结构的热力学不可逆相变行为与体系形成微相分离的各部分的体积百分含量有关。实现并观察到多级组装结构在薄膜状态下的结构取向和表面形貌控制，得到不同尺度的层状相或柱状相在膜内垂直或平行的取向结构以及复杂的表面形貌。一定含量的纳米粒子的引入会有利于超分子有序结构的稳定，并在嵌段共聚物体系中实现纳米粒子的选择性排列和分布，同时对嵌段共聚物的相分离结构产生影响。