前端聚合法快速制备聚合物复合材料技术的研究

以前端聚合法快速制备高性能复合材料为导向，从制备基于界面转移法润湿性可控的功能化纳米材料及含反应基团的活性纳米材料入手，借助现代分析手段掌握纳米粒子功能化过程中习性演变规律；从无机纳米材料与有机单体官能团相互作用规律出发，探索在小于15分钟内基于前端聚合法快速制备具有精细结构的聚氨酯、聚丙烯酸酯类纳米复合材料的方法。揭示纳米粒子在聚合物复合材料中呈均匀、热力学稳定的细观结构的成因机理及微结构传递与宏观环境的变化关系规律。采用红外热量成像等手段揭示出前端聚合化学反应动力学机理及影响前端稳定性的规律，并通过对此复合材料结构与性能的调控，揭示聚合物基纳米复合材料的功能性和结构性的协同效应及演化过程规律，进一步丰富和发展基于前端聚合法快速制备纳米复合材料方法学的研究。揭示复合材料与组装技术的内在联系，达到材料组装与设计的统一，为我国先进无机有机复合材料的发展提供一条实用化途径。

聚合物纳米复合材料通过无机纳米材料与有机聚合物的复合组装不但能够解决纳米材料物理和化学的不稳定性，而且所得的复合材料又兼具优越的综合性能，因此越来越受到现代科学家的关注。本项目通过表面改性、接枝等方法实现结构可控的功能化纳米粒子及反应型纳米单体的制备，借助现代多种分析手段揭示纳米粒子功能化生长过程中纳米粒子表面官能团的结构组成以及改性剂与纳米粒子的相互作用情况，解决了适合于前端聚合体系的纳米粒子功能化问题和无机纳米材料与聚合物的相容性问题，为聚合物纳米复合材料的构筑奠定了基础。发展了前端聚合法快速实现聚合物基纳米复合材料的制备技术，并开创了等离子体诱导自由基前端聚合的新反应模式，丰富和完善了前端聚合法制备高性能聚合物基复合材料的方法学；研究了前端聚合制备聚合物基纳米复合材料的反应动力学，解决了前端聚合反应过程中对流传导和热传递影响前端不稳定性的关键性问题。基于前端聚合法实现纳米粒子与聚合物的“精密复合”，获得了一系列高性能的聚丙烯酸羟乙(丙)酯水凝胶复合材料、聚乙烯基吡咯烷酮复合材料、聚N-羟甲基丙烯酰胺复合材料和环氧树脂纳米复合材料等。最后，利用前端聚合快速制备材料的特点，发展了其在传感、光电、提高材料热稳定性和机械性能、快速粘接及修复等领域的应用技术。这些工作为新型功能纳米复合材料的研究提供了新的理论依据和思路。目前已在国内外重要学术刊物及会议上发表与该项目有关的论文34篇，其中SCI收录论文28篇，影响因子大于9.0的论文5篇，影响因子大于3.0的论文22篇，其中包括Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Edit.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater以及J. Mater. Chem.等国际知名期刊，这些研究成果得到了国际同行科学家的广泛关注和肯定。申请中国发明专利6项。多次在有关学术会议上作邀请报告。培养博士5名和硕士5名。