偶氮聚合物可控自组装体系及其光响应功能性研究

偶氮聚合物是一类重要的光响应性功能高分子。偶氮聚合物自组装结构的构建、调控以及光响应性是聚合物科学、光子学、电磁学交叉的研究前沿。本项目拟对偶氮聚合物从分子到宏观连续介质的多尺度多层次自组装结构的构建、调控、光响应机理、结构性能关系和应用等进行系统研究。拟利用层层自组装、选择性溶剂诱导自组装、光辐照调控自组装等方法构建偶氮聚合物自组装结构。深入研究各种分子结构、分子间作用力以及光辐照在自组装过程中的作用。建立从分子设计出发，高效可控制备偶氮聚合物自组装结构的系统方法。研究光在偶氮聚合物自组装结构中的传播、吸收和光场分布等，研究在光场作用下形成表面起伏光栅、胶体球光致形变、以及囊泡光致伸缩和融合等光响应现象的微观机理。系统研究各种有序自组装结构对光的调制作用。在实验的基础上，建立描述普遍性规律的理论和模型，得到一批有实际应用前景的偶氮聚合物自组装新材料。

本项目深入开展了偶氮聚合物可控自组装、自组装结构与光的相互作用关系、自组装光功能材料应用等方面的研究工作。重点研究偶氮聚合物可控自组装和自组装结构的光响应性。以含偶氮小分子和聚合物为构建单元，通过自组装的得到了各种自组装结构，实现了上述组装单元的可控自组装。研究工作的主要进展和所取得的成果包括：1）在双亲性偶氮均聚物和无规共聚物自组装研究方面，建立了利用多分散双亲性偶氮聚合物自组装形成空心胶体球和囊泡的新方法；首次观察到双亲性偶氮无规共聚物在水溶液中可以形成一系列不同形貌的分形结构。2）系统研究了偶氮苯与功能分子共组装的设计、制备和性质，通过偶氮苯与环糊精的组装，实现了氨基酸的分离；合成了系列结构不同的偶氮苯基团，将它们与双炔酸进行共组装，得到的螺旋形双炔酸组装体。3）利用光阱拉曼光谱等新方法，研究了双亲性嵌段偶氮共聚物自组装囊泡的光响应机理，阐明了光热效应和光致顺发异构效应在囊泡形变和分裂中的作用。4）合成了一系列不同间隔基团长度的双臂胆甾取代的偶氮苯类衍生物，得到的凝胶体系在光照下可发生可逆的凝胶溶胶转变。5）合成了多种偶氮聚合物和分子玻璃材料，研究了光诱导表面自有序结构的形成规律，并总结了结构-性能关系。6）合成了多种含液晶基元的偶氮均聚物和嵌段共聚物，得到了各种光响应性的微相分离有序结构，合成了新颖的带有分叉偶氮支链的液晶聚合物。其它重要进展还包括：建立了利用大分子重氮偶合反应合成嵌段共聚物的新方法；利用偶氮苯基团的光致异构化来完成偶氮分子与聚双炔共组装形成凝胶的凝聚态控制和光开关性质；含偶氮均聚物与其它两元嵌段共聚物的组装及其光响应性质研究；实现了含有偶氮苯的纳米载体的光响应性；利用红外光谱研究了偶氮聚合物光致取向行为；建立了利用偶氮聚合物表面起伏光栅制备适配体功能化水凝胶光栅的方法，并研究了在凝血酶识别方面的应用。在 Chemical Communications, Polymer Chemistry, Macromolecules, Macromolecular Rapid Communications, Langmuir, Soft Matter 等国际著名期刊发表SCI收录论文50篇，其中包括在Progress in Polymer Science上发表综述文章1篇。