杂化组装体中纳米粒子分布的动态控制

Hybrid assemblies have been widely used not only because they combine the excellent performance of each component but also the unique properties attributed to the interaction between these components. These unique properties are highly related to the distribution of nanoparticles. Therefore, how to control the distribution of nanoparticles by an easy method has attracted many researchers. Recently, we demonstrated a facile approach to control the distribution of nanoparticles in hybrid assemblies dynamically through thermal induced diffusion. Hybrid materials with desired nanoparticle distribution (for example: gradient materials) can be obtained using this method. To fully understand the mechanism of this dynamic control, we here study the effect of parameters such as polymer properties, nanoparticle properties and the interaction between each other on the nanoparticles distribution during further treatment. Based on these investigations, we try to find out the inner relationships and establish a general method to constrict hybrid materials with desired morphology or nanoparticle distribution. This study is very important, which may provide a new way for constricting hybrid materials with fancy properties.

有机无机杂化组装体不仅集合了各组分独自的性能，同时两者间的相互作用又赋予其一些独特性能而得到广泛的应用，这些独特的性能与杂化组装体中纳米粒子的空间分布有很大关系。因此，如何通过简单高效的方法实现杂化组装体中纳米粒子的精确定位成为研究人员关注的焦点之一。在之前的研究工作中，我们发现在热的驱动下可以实现杂化组装体中纳米粒子分布的动态调控，为纳米粒子的精确定位提供了一种可能。基于此我们将进一步考察高分子特性、纳米粒子特性以及两者之间相互作用在热驱动过程中对共组装体中纳米粒子分布的影响，研究各因素之间的关系，建立一种实现杂化组装体纳米粒子分布等功能定制的普适性方法。此外，光也将代替热来驱动纳米粒子运动，利用光易于控制的特点实现具有特殊纳米粒子分布的杂化功能材料（如梯度材料）的制备。该研究领域具有十分重要的理论和实际应用价值，为制备功能性的杂化材料提供新的思路。

通过简单高效的方法实现杂化组装体中纳米粒子的精确定位是研究人员关注的焦点之一。我们通过调节有机无机组成以及在杂化组装体中的空间分布，赋予组装体独特的形貌与性能。首先实现了纳米粒子在杂化组装体中分布的动态控制：以偶氮苯（AZO）功能化聚醚胺和多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）作为模型，通过调控外界刺激的强度及时间，实现组装体中POSS纳米粒子分布的动态控制，制备出具有特殊纳米粒子分布的杂化组装体，建立一种动态调控杂化组装体中纳米粒子分布的普适性方法，实现杂化组装体的功能定制。在此基础上，一方面将POSS纳米粒子及光响应性基团引入到亲水性超支化聚醚胺末端，通过改变两亲性聚醚胺分子参数如拓扑结构、亲疏水值（堆积参数）、结晶性基团等因素，考察对组装行为的影响，实现两亲性超支化聚醚胺高分子结晶驱动二维自组装，构筑尺寸均一、大小可控的聚合物纳米片。另一方面，将具有超大共轭体系的四苯基卟啉替换POSS纳米粒子引入到超支化聚醚胺的末端，通过分层自组装的方式制备出超大型多层纳米片。同时调节聚醚胺的骨架结构、卟啉分子的结构、以及组装溶剂体系，考察该类聚合物的自组装行为，实现纳米片层转变为中空的球形结构。进一步利用动态调控简单、高效的优点，将功能性超支化聚醚安与石墨烯复合，制备出杂化层级膜，基于其紫外、近红外等多重刺激响应性及两亲性，通过动态调节不同的外界刺激，实现了高分子表面形貌从无-二维有序-二维取向的可逆转变，得到同时具备动态调节和严格有序的表面微纳米图案。该项目的相关研究工作在CCS Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces, Langmuir, Adv. Mater. Tech., Macromol. Rapid. Commun., 等刊物上发表了基金标注的SCI 论文6篇，申请和授权的中国国家发明专利1项。该项目还培养了硕士生2名，毕业2名；培养了博士生2名，毕业1名。