聚合物纳米管瑞利不稳定现象的研究

利用Rayleigh不稳定现象所形成的特殊形貌来制备具有新颖纳米结构的材料是一种新的研究思路，而探索并利用嵌段共聚物微相分离所构筑的自组装有序形貌是近年来高分子纳米材料和技术领域一个热点问题。本课题主要研究聚合物纳米管状结构在热退火与溶剂蒸气退火条件下的Rayleigh不稳定过程，把研究体系拓展到多相体系（嵌段共聚物及无机/嵌段共聚物复合体系）。通过认识高曲率限制空间内聚合物薄层结构不稳定的问题，使不稳定过程的发生与嵌段共聚物微相分离联系起来，并在此基础上使无机纳米颗粒选择性地聚集，以此来构筑新的聚合物纳米结构。这种新型结构基于Rayleigh不稳定过程所形成的特殊形貌（周期性嵌孔的聚合物纳米棒），并且在此结构基础上由嵌段共聚物的微相分离进一步形成更加精细、有序的纳米结构。这种具有特殊微结构的一维纳米杂化材料在化学传感及催化领域都具有重要应用价值。

瑞利不稳定现象是流体降低其比表面能的一种自发过程。以薄膜或纳米纤维形态存在的聚合物从固体变为流体时，由于瑞利不稳定现象的出现会产生纳米材料微观结构的显著变化。这种微观结构上的转变与聚合物复合物及嵌段共聚物本身复杂的自组装过程结合在一起，会形成多层次的复杂微观结构。本课题主要研究了聚合物纳米管瑞利不稳定现象，尤其关注聚合物在溶剂溶胀过程中出现的可变形性所提供的丰富形变空间，不仅发展出一种制备尺寸可控的聚合物纳米球的新方法，也发展了蒸气辅助的制备聚合物纳米线的新方法；并且，深入探索了溶胀变形与嵌段共聚物微相分离对嵌段共聚物纳米结构的共同影响，溶胀与无机离子配位作用对无机纳米颗粒在嵌段共聚物纳米结构上的图案化定位的协同作用；尤其是我们重点研究了嵌段共聚物纳米球在选择性溶胀过程中所出现的微观结构变化过程，对所形成的多层次、复杂孔道结构的转变规律进行了深入分析，提出一种制备新型介孔聚合物纳米球的新思路。同时，本课题也研究了多孔氧化铝模板中聚合物纳米线润湿性转变对纳米线结构变化造成的影响，及利用聚合物在溶剂/非溶剂环境中冻结过程来制备大量聚合物纳米颗粒的方法，为后续研究介孔聚合物纳米球的应用打下了物质基础。本课题深入探索了瑞利不稳定现象对多种不同聚合物纳米结构的影响方式，从不同的角度、多个层面寻找利用瑞利不稳定现象来调控聚合物复杂纳米结构的途径，所得到的丰富聚合物纳米结构既可以作为纳米传感器的载体，也可以作为未来功能性无机纳米结构制备的模板材料，有着非常广泛的应用前景。