基于催化链转移聚合的一维有序聚合物基纳米晶杂化材料的构筑、光学性质及其应用研究

本项目以制备高荧光性能的线型聚合物基半导体纳米晶复合材料为目标，基于催化链转移聚合法（CCTP），从大分子单体的设计、合成以及对半导体纳米晶表面修饰入手，借助纳米粒子的自组装行为与外界场的调节作用，发展与掌握结构可控、功能可调的一维高性能聚合物基纳米杂化材料的制备方法。在此基础上，借助现代分析手段，探明半导体纳米晶与聚合物官能团的化学反应规律与相互作用机理，揭示催化链转移聚合反应工程中的反应动力学过程与方向。从一维杂化材料的化学组成、功能与结构形态出发，掌握一维尺度内材料宏观性能与微介观结构的关系与演变规律，揭示纳米晶在聚合物中呈均匀、热力学稳定的细观结构的成因机理。通过对此材料光学性质的研究，揭示其结构和光学性能的有效调控途径及与组装技术的内在联系，达到组装技术与材料设计的统一，并丰富和发展构筑微纳米级别光电器件的理论与方法，为发展我国先进无机-有机杂化材料提供一条实用化途径和科学依据。

一维纳米材料的结构与组成、形貌与尺寸的控制及其组装测量近年来成为一个研究的热点和难点。本项目以制备高荧光性能的线型聚合物基半导体纳米荧光复合材料为目标，基于催化链转移聚合法（CCTP），从大分子单体的设计、合成以及对半导体纳米晶表面修饰入手，借助纳米粒子的自组装行为与外场控制的调节作用，发展与掌握结构可控、功能可调的一维高性能聚合物基纳米杂化材料的制备方法。在此基础上，借助现代分析手段，探明半导体纳米晶与聚合物官能团的化学反应规律与相互作用机理，并探索纳米杂化材料在光电子器件和传感器方面的应用。通过催化链转移聚合技术原位以及接枝共聚技术生成方法合成了性能优异的与聚合物有良好相容性的功能化纳米晶量子点，包括聚甲基丙烯酸（PMAA）/N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）/CdSe纳米晶、PMAA/聚苯乙烯（PS）/CdS纳米晶。通过CCTP技术制备的大分子配体PMMA的引入提高了CdTe纳米晶光学稳定性以及荧光寿命，大大改善了荧光纳米晶与聚合物的相容性，克服了其与聚合物混合时的团聚、荧光淬灭以及相分离问题；同时，大分子单体PMMA末端不饱和键为纳米晶进一步的接枝、改性提供了条件。开发一维有序聚合物基纳米晶杂化材料合成新方法、探索结构形成机理并且考察纳米晶在聚合物中的分散情况及其稳定性变化规律。通过界面组装、微流体纺丝、静电纺丝、自组装等技术制备了一系列功能型的一维聚合物纳米晶杂化微球材料，包括高性能荧光纳米棒、各向异性的多形貌聚合物纳米晶杂化纤维、纳米晶纤维膜等。进一步研究聚合物基纳米晶发光材料的光学性能以及纳米晶的结构形态与其性能的关系规律并探索其在纳米光电子器件和传感器方面的应用。考察了不同技术手段调控以及聚合物基质对纳米晶材料发光性能的影响，实现了聚合物荧光纳米材料多形貌化以及多功能集成，探索和研究了其在微反应器、LED、光学显示器、指纹识别、防伪、喷墨打印等多方面的应用，为聚合物纳米杂化材料面向器件的应用提供了研究基础。目前已在国内外重要学术刊物及会议上发表与该课题有关的SCI收录论文15余篇，影响因子大于10.0的论文4篇，其中包括J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Edit.、Adv. Funct. Mater.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。申请发明专利7项，培养博士生7名，硕士生9名。