嵌段共聚物在气流场下的自组装及应用研究

Block copolymer presents various microdomains arising from the phase separation of different molecular segments. Recently block copolymer membranes with nanocylindrical microstructure appear great potencial in various fields such as medical molecules separation, ion separation and water/gas purification. The orientation of nanocylindrical structure plays a key role in controlling the properties of such these block copolymer membrane. The methods available presently to control the orientation of nanocylindrical structures show some obvious limits including complex procedures ,poor selectivity toward different units and dependence on the surface properties of support substrate. In this project, strong air flow field, including strong shear field and directional evaporation field in principal, will be exployed to drive the self assembly of block copolymer molecules in sandwich mode. In such a membrane, the nanocylindrical structure oriented perpendicular to the surface at both the upper and below regions, and arranged irregularly in bulk region. Furthermore we also submit this method to the peptide nanotube- - block copolymer complex in order to decrease the size of nanocylindrical structure. The selective separation property of such membrane will be investigated toward different ions.

嵌段共聚物由不同链段相分离形成不同的聚集态结构。近年来，具备纳米柱状结构的嵌段共聚物薄膜在药物分离，离子分离以及水/气体纯化等领域表现出极大的应用潜力。而控制嵌段共聚物的纳米柱状结构的排列方式对其分离性能具有非常重要的影响。文献报道的方法控制纳米柱状结构定向排列存在对基板表面性质依赖性严重，操作繁琐以及分离路径短导致的选择性分离效果差等缺点。在本申请中，我们提出利用气流法作用于嵌段共聚物薄膜，通过气流场包含的溶剂挥发力场和定向剪切力场来制备类三明治纳米结构的薄膜，即纳米柱状结构在薄膜上下表面垂直薄膜平面排列，而在中间无序排列。同时，我们在嵌段共聚物中原位引入多肽纳米管，以降低嵌段共聚物中纳米结构的尺度。在此基础上将探讨制备的分离薄膜在离子的选择性分离方面的应用。

近年来嵌段共聚物薄膜在水体处理、气体纯化、药物分离以及新型能源电池离子分离薄膜等领域展现出极大的应用潜力。而嵌段共聚物薄膜的性能往往取决于薄膜中纳米结构的可控排列。虽然目前国内外科技人员对如何控制嵌段共聚物薄膜内部结构的取向排列取得了一定的成果，但是仍然都存在着明显的缺陷。因此，研究控制嵌段共聚物自组装的新方法对嵌段共聚物薄膜的性能设计具有非常重要的意义。.在我们前期研究过程中，我们发现气流场作为一种高效快速制备取向薄膜的方法，可以有效的控制介孔薄膜中的纳米结构的可控取向排列。在本项目中，我们将气流法对薄膜中微观结构的控制推广到嵌段共聚物的组装控制中。首先我们研究了不同的嵌段共聚物在气流场中的组装规律，成功制备了具有三明治取向特点的嵌段共聚物取向薄膜。其次，我们以制备的三明治型嵌段共聚物薄膜为研究对象，考察了这类薄膜对VO2+和H+的选择透过性。发现三明治型结构对提高离子的选择透过性具有非常大的影响，和商品多孔聚合物薄膜相比，其离子选择透过性从40可以提高到64. 第三，以酚醛树脂/嵌段共聚物复合体系在气流场下的组装规律，并制备了具有宏观取向的介孔薄膜。第四，在此基础上，我们将气流法和薄膜表面改性相结合，制备了表面具有周期性微结构的生物表面，并进一步结合粒子改性的方法，制备了具有不同生物粘附特性的生物薄膜。