功能性高分子纳米复合材料三维微纳结构可控制备

随着信息、生物技术和先进制造技术的进步，器件及系统的微型化、智能化及高度集成化已成为发展趋势。研究发展结合了材料的功能化与结构的功能化和微型化的新型可控制备技术将为高度集成的功能性微器件及微系统研究开发提供科学基础与关键技术。本项目立足于目前材料研究领域的热点- - 高分子纳米复合材料，结合双光子激光微纳加工技术，将功能性高分子纳米复合材料的可控制备与三维微纳结构的可控制备相结合，研究基于纳米材料奇异性质的、三维功能性微纳结构的设计原理、可控制备方法与技术，探索功能性材料微纳米结构的新颖性能，为光子学微器件的发展和高分子纳米材料方面在信息领域及生物医学领域的应用打下坚实的科学基础并提供关键技术支持。本项目最重要的特色与创新之处在于将高分子纳米复合材料可控制备技术研究与三维微纳结构制备技术相结合实现功能性三维微结构的独特性能，具有原始创新性。

随着信息、生物技术和先进制造技术的进步，器件及系统的微型化、智能化及高度集成化已成为发展趋势。研究发展结合了材料的功能化与结构的功能化和微型化的新型可控制备技术将为高度集成的功能性微器件及微系统研究开发提供科学基础与关键技术。本项目旨在将功能性高分子纳米复合材料与双光子激光三维微纳结构可控制备技术相结合，研究基于纳米材料奇异性质的、三维功能性微纳结构的设计原理、可控制备方法与技术，探索功能性材料微纳米结构的新颖性能，为高分子纳米复合材料方面在信息领域及生物医学领域的应用打下坚实的科学基础。在本项目成功地实现了多种高分子纳米复合材料三维微纳结构的设计与可控制备。通过双光子聚合与金属无极电镀技术相结合，发展了金属-聚合物层状纳米复合结构制备技术，设计制备出在生物医学领域具有潜在应用的磁场遥控操纵三维微纳器件；利用金纳米棒表面等离子效应增强双光子聚合，实现了纳米尺度三维双光子聚合反应，制备出金纳米棒-聚合物复合材料的三维微纳结构；利用高分子凝胶对外界环境刺激产生响应的特点，提出了双光子聚合 “不对称加工法”和凝胶微悬臂 “双层弯曲模型”，制备出具有不对称结构的凝胶微结构，实现了凝胶微器件可控操作；发展了我们提出的多光子激光三维微纳结构加工与纳米材料原位合成相结合的纳米复合材料三维微纳结构加工方法，将PbS量子点在聚合物中掺杂含量提高到12wt%，较目前国际上报到的PbS量子点掺杂含量提高两个数量级，制备出高含量PbS聚合物纳米复合材料三维光子晶体；提出以离子液体代替表面活性剂进行多光子光化学还原制备金属纳米材料与金属微纳结构新方法，实现了金属纳米粒子尺度与形貌控制，将其用于金属微纳结构加工，成功制备出多种金属微纳结构，实现了金属微纳结构组成的人工超材料制备，为激光制备功能性金属微纳结构材料提供了一条可行的途径；针对准三维双层渔网结构进行了初步研究，首次提出了基于渔网结构的可见光波段光学手性超材料的设计模型。本项目发表SCI论文24篇，申请国家发明专利4项，申请国际PCT专利1项；国际会议邀请报告10次，国内会议邀请报告6次；主办两次国际或双边会议；毕业博士生9名，硕士生2名。本项目完成并部分超额完成了计划任务书所规定的研究任务，为高分子纳米复合材料方面在信息领域及生物医学领域的应用打下坚实的科学基础，部分研究结果为聚合物纳米复合材料及其三维微纳结构的应用提供了关键技术。