流动场下的界面组装

外界环境，特别是生物体内的环境，对自组装的影响是一个重要的科学问题。流动是生物体系的一项基本特征，研究流动场下的自组装行为对深入理解生物体内的各种功能和现象有着重要的意义。本项目拟从流动场下的层层组装和流动场下的胶束界面吸附两方面入手，系统开展流动场下界面自组装的研究。了解流动场对层层组装和胶束界面吸附的影响，考察各种组装条件对流动场下界面组装的影响，结合理论模拟等手段探明流动场下界面组装的过程及规律，实现通过流动场对界面组装的调控。同时考察基于不同弱相互作用的界面组装对流动场的反应，从新的角度探索各种弱相互作用在自组装过程中的作用，进一步了解弱相互作用的本质以及协同规律。在本项目的研究中拟引入掠入射X射线（中子）散射技术，希望借助本项目的研究，发展和完善掠入射X射线（中子）技术在界面自组装方面的应用，为自组装的研究提供一个强有力的表征方法。

本项目主要开展了流动场下聚合物和纳米材料的界面组装工作。本项目选用的流动场为搅拌产生的流动场。搅拌作为一种常规的传质传热手段，其对界面组装产生的影响还没有引起人们足够的重视，而本项目的研究表明搅拌借助溶液的流动会对聚合物以及纳米材料的界面组装产生显著的影响，是一种调控界面组装的有效手段。对于聚合物而言，流动场可以大幅提高其界面组装效率。流动场下的聚电解质层层组装在保障成膜质量的前提下，成膜效率可以提高20倍左右。流动场对层层组装效率的提升可以归因于两个方面：一方面，在沉积过程中流动场可促进高分子链段与组装基底的接触，提升吸附速度；另一方面，在淋洗过程中流动场可以冲洗掉膜表面物理吸附的高分子，并对高分子链段重新构型，降低膜的粗糙度，使得膜表面更加平整。在此工作基础上，本项目进一步将流动场下层层组装多层膜用于二维阵列与基底的界面，有效地增强了金属二维阵列在基底表面的粘附力和稳定性，制备了牢固的等离激元传感器件。对于纳米材料而言，流动场可以将纳米线在基底表面取向排列。本项目制备了高长径比的银纳米线，并在流动场的辅助下将其在基底表面取向排列。流动场在表面的剪切作用是纳米线的取向排列的主要原因。纳米线的排列方向、密度等参数可以通过流动场方向、溶剂以及悬浮液浓度等因素进行调节。除银纳米线外，本项目还利用流动场在表面制备了规则取向的碲纳米线，并利用原位的化学转化成功制备了碲化银、铂、钯等一系列纳米线阵列。根据研究计划本项目同时开展同时了掠入射X射线散射对界面组装的表征工作。掠入射X射线散射的表征可以提供多层膜的厚度与表面粗糙度的信息，为研究流动场对层层组装的影响提供了帮助。在完成流动场下界面组装表征的基础上，本项目进一步利用掠入射X射线散射开展了对纳米微粒界面组装的表征工作：利用掠入射X射线散射跟踪了二维纳米微粒阵列在真空加热条件下的变化，展示了纳米微粒间距在亚纳米范围的渐变过程；利用掠入射X射线散射观察了纳米微粒自组装在溶剂气氛里的原位变化，阐明了自组装微粒对溶剂响应的原因。以上研究表明掠入射X射线散射能够有效监控纳米微粒的界面自组装，为纳米微粒的界面组装提供实用可靠的信息。本项目的研究表明了流动场可以对聚合物以及纳米材料的组装起到调节作用，为调控界面组装提供了新的思路。