基于导电纳米基元的三维宏观弹性组装体的制备与性能研究

This key project aims to develop new, economical and effective strategies for macroscopic-scale elastic conductors with complex and hierarchical architectures. We will focus on the conduction, elasticity and the structure stability of the novel materials. This study will engineer the surface of the conductive nano building blocks to improve their interactions with the three dimensional templates by introducing external fields, such as magnetic field, electric field and gravitational field. The controllable surface functionalization is strongly dependent on the electric charge, hydrophobic property and the choice of surfactants. The relationship between the structure of three dimensional conductors and their properties will be systematically investigated. Moreover, coassembly kinds of nano building blocks with the templates to receive hierarchical structures with improved performance. These macroscopic-scale elastic conductors with interesting property may find applications in optical, magnetic, photoconduction, memory and biosensing devices.

本项目拟发展经济、高效、宏观尺度的三维弹性导体组装新技术，获得具有复杂、多级结构的纳米弹性组装体；并以所获材料的导电性、弹性、和机械稳定性为研究侧重点，通过纳米组装基元的表面功能化设计，如：调控其表面电荷种类及电荷密度、表面亲疏水性、 表面包覆剂等，通过引入外加电场、磁场、立场等组装诱导因素，达到纳米基元与三维模板之间的高效结合与组装；同时，探索多组分纳米组装基元与结构模板之间的共组装，获得多级结构、多重功能的三维弹性功能器件；以功能为导向，探索复杂组装结构与目标性能的相互关系，通过构筑纳米新结构获得新功能，研制基于复杂多级结构的三维弹性组装体纳米器件，推动其在新型电子器件领域的应用。

在过去的二十年里，纳米合成取得了较大的发展。随着研究的深入，如何把杂乱的纳米材料组装成结构材料是我们的一个研究重点。本项目发展了新的纳米线界面组装方法，获得了具有复杂结构的有序纳米线组装体，并基于此制备了三维弹性组装体材料，研究了三维组装体材料的结构设计与原位、适时反应速率的相互关系，例如：我们设计了三聚氰胺海绵-金/二氧化铈纳米线三维网络结构材料，可以高效在流动体系下原位持续的催化分解硝基苯酚。同时发展了纳米线共组装技术，研究共组装过程中三维纳米线薄膜结构组份、结构对纳米器件性能的影响。同时我们利用同步辐射掠入式小角X射线散射研究界面动态组装过程，系统研究了纳米线的组装机理，以功能为导向，通过组装过程的调控，研制了基于有序结构的纳米功能组装体，构建了柔性触屏、传感器、柔性电至变色等器件。在项目的资助下，申请人围绕一维纳米材料的可控制备、组装技术及组装体性能展开研究，取得了一系列创新成果，已在著名期刊发表论文17篇(第一或通讯作者)，包括Chem. Soc. Rev., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等等；申请人学位论文获得中国科学院优博论文，获得国家自然科学二等奖等奖励(排名第四，共五人)。