构建分子以上层次自组装的多尺度构筑基元

自组装是构筑基元通过它们之间的特异性或局部相互作用自发地实现自我集结，形成规则图案或有序结构的过程。基于分子之间（包括其聚集体以及超分子）相互作用而进行自组装的研究目前已经非常广泛和深入，而本项目的研究目标是针对于远大于分子尺度的基元之间的自组装。我们在前期工作的基础上，希望利用非传统加工手段制备各种形态的多尺度自组装构筑基元；利用选择性释电等方法在这些不规则基元的表面制备图案化的静电荷，以控制静电自组装在指定位点定向进行；利用微气流将通过微流控的聚合物溶液或熔体分割为等长度，然后在强静电场下拉伸，以制备单分散以及可控序列的聚合物构筑基元，并用于模拟蛋白质结构等自然界和生命体中复杂的静态或动态自组装现象。我们发展的分子以上层次的多尺度微纳米功能基元，尤其是制备这些基元的各种新方法，有望在重大研究计划中，为化学和其他学科尤其是物理、材料和生物等领域提供交叉点，在可控自组装体系发挥重要作用。

经过项目组成员的三年努力，本项目完成了预定目标，取得如下主要成果：1）建立了多种在驻极体表面构筑精细图案化静电荷的非传统方法，并在此图案化电荷的基地上实现了聚合物薄膜的静电诱导有序组装，形成与静电荷相对应的精细图案，通过设计和修饰不同性质的基底，在静电场与浸润的协同作用形成丰富的聚合物薄膜组装形态。通过对聚合物驻极体薄膜内注入图案化电荷，利用规则排列的微米级电荷图案作为明显的标记，通过原子力表征了图案上聚合物薄膜的力学性质的变化，直接验证了电荷对聚合物介电弛豫性质的影响；2）发展了多种制备各种形态的多尺度自组装构筑基元的软刻蚀方法，如有机蒸汽辅助制备金属微纳米结构，微转移模板法制备石墨烯微阵列、水凝胶刻蚀法制备金属微米条带、冷微接触印刷法制备了微凝胶小球阵列；并将这些基元制备成超级电容器等微型能源存贮器件，这些微纳器件的性能不逊于宏观器件；3）利用DNA和碳纳米管以及DNA 和Au之间的自组装性质，构筑了灵敏度高、可重置的电化学发光传感器。项目执行期间在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Soc. Chem., Anal. Chem.等SCI期刊发表研究论文14篇，培养博士3名，硕士4名。