熵/焓协同作用下嵌段共聚物与无机纳米粒子的乳液受限共组装

The cooperative self-assembly of functional inorganic nanoparticles and block copolymers within the emulsion droplets provides an efficient strategy for fabricating organic/inorganic hybrid nanomaterials with controllable shape and internal nanostructures. However, it is known that the integral properties of the hybrid nanomaterials depend not only on the properties of each individual component but also on the spatial distribution and arrangement of the organic nanoparticles within the block copolymer matrix. Therefore, it is of great significance to control the spatial distribution and arrangement of inorganic nanoparticles in block copolymer assemblies. Until now, precise positioning and arrangement of inorganic nanoparticles within polymer matrix under three-dimensional confinement is still a key challenge. In the current project, we plan to investigate the influence of a series of entropy and enthalpy factors such as the size of inorganic particles, confinement degree, properties of ligands on inorganic surface and the properties of oil/water interface on the spatial distribution and arrangement within block copolymer matrix and realize the precisely distribution and arrangement of inorganic nanoparticles through the synergistic effect of entropy and enthalpy effects, which can provide a new route for the design of inorganic/organic hierarchical ordered hybrid materials.

将功能性无机纳米粒子与嵌段共聚物共同引入到乳液液滴内共组装可制备形状可控、内部结构可调的杂化组装结构，是目前制备有机/无机有序杂化材料最有效的方法之一。然而，杂化材料的整体性能不仅仅取决于无机功能纳米粒子与聚合物基体的各自性质，还很大程度上依赖于无机纳米粒子在嵌段共聚物基体中的分布与排列。因此，实现无机纳米粒子在组装体中分布与排列的精确可控具有重要意义。目前，在受限空间内，尤其是三维乳液受限条件下无机纳米粒子在聚合物基体中精确定位和有序排列仍然是该领域的一大挑战。本项目拟系统考察无机纳米粒子尺寸、受限程度、纳米粒子表面配体及乳液界面性质等影响熵/焓相互作用的因素对无机纳米粒子在嵌段共聚物组装体中的分布位置、排列方式的影响规律，通过熵和焓协同作用实现无机纳米粒子分布与排列的精确可控，为制备有机/无机多级有序杂化材料提供新的途径。

聚合物/功能性无机纳米粒子有序组装材料同时兼具聚合物稳定性与无机纳米粒子的功能性于一体，在肿瘤治疗、记忆存储、拉曼增强等领域具有重要应用。众所周知，聚合物/无机纳米粒子多级复合材料的整体性能不仅取决于两组分本身的性质，还很大程度取决于纳米粒子在聚合物基体内的分布、排列及取向。因此，实现功能无机纳米粒子的精确可控分布并制备获得大范围有序的有机/无机杂化材料具有重要意义。.按照项目计划书，我们开展了以下两部分工作:.1）结合实验与计算机模拟，利用三维乳液受限，将嵌段共聚物引入到乳液受限环境下，通过调控嵌段与乳液界面相互作用、乳液液滴的界面张力、嵌段比及使用不同嵌段长度的聚合物共混，获得了一系列新颖的聚合物组装结构。.2）使用有序聚合物组装体为模板，引入功能性无机纳米粒子，通过调控功能性无机纳米粒子与组装体之间的熵/焓相互作用，实现了功能性无机纳米粒子在聚合物组装基体内的精确可控分布，首次使用乳液共组装法获得了无机纳米粒子呈六角堆积、纳米环周期排列的有机/无机多级复合片层组装体，揭示了无机纳米粒子在嵌段共聚物组装体中的分布、排列与熵/焓效应的内在物理关联，为解决聚合物-纳米粒子可控杂化组装这一科学难题起到了一定的推动和促进作用。.在本项目的资助下，我们完成了项目研究内容，达到了预期研究目标，在ACS Nano、Chemical Communications等期刊上发表SCI论文5篇。