新型磁性多层次组装单元构建及磁场下组装响应机制研究

利用紫外光引发快速乳液聚合冻结形态以及控制自由基聚合和Pickering乳液聚合等方法制备不对称高磁响应性磁性组装基元，利用静电组装和点击化学法等制备具有草莓结构半导体磁性微球和荧光微球等。两类基元分别具有磁性组装和不对称结构识别、磁性组装和半导体颗粒规整排布的双重组装性；深入研究在外磁场下两类多层次组装体自组装过程中，组装基元的结构、磁性能、表面性质及其同分散介质的相互作用等对组装方式以及胶体光子晶体结构的影响规律，研究多层次组装形式引起的胶体光子晶体结构和性能的变化以及协同作用；研究在外磁场改变时，上述组装基元重排的响应时间和性质变化，探索组装基元和介质相互作用等因素对响应性的影响，研究介质的固化状态、性质等对固定后胶体光子晶体结构和性能的影响；研究所制备的组装体的功能性，尤其是光学性质、能量传递等。本研究将为利用磁场自组装方法构建各种结构可控、性能可调的功能性胶体光子晶体提供新思路。

通过溶剂热法、水热法、光快速引发微乳液聚合、Pickering乳液聚合、巯基-烯/炔点击化学、蒸馏沉淀聚合等方法制备了一系列具有不同粒径、形貌特征、表面性质及不同磁响应性的单分散微球组装基元。揭示了多种合成方法的反应温度、反应时间、物料浓度及配比等因素对组装基元的粒径、形貌、表面基团及饱和磁化强度的影响规律，提出了单分散树莓状聚合物微球、实心超顺磁性微球、中空超顺磁性微球、核壳结构微球及不对称结构微球的形成机理；系统研究了在外磁场的诱导作用下，不同磁性基元的组装过程，制备了一系列磁性纳米链，并揭示了不同组装基元、磁场强度、分散介质、单体种类及单体用量对一维纳米链的组装形成机制、形貌特征及磁响应性的影响，分析了磁性基元在介质中的受力，提出了偶极-偶极相互作用驱动颗粒进行一维组装的机理；在此基础上，我们对原位组装聚合制备的一维纳米链在光催化降解、电磁屏蔽等方面的应用性能进行了评价，结果表明，这类材料在环境与能源领域具有潜在的应用价值；系统研究了具有不同粒径聚合物的组装性能，粒径在100-300nm范围内的均匀粒子能够通过重力沉积形成光子晶体，并且随着粒径的不断增大，光子禁带会逐渐发生红移，另外，在接近高分子玻璃化转变温度附近，光子禁带随温度变化而变化；磁性颗粒在不同介质中的三维组装及响应性的研究结果表明介质的折光指数越大光子晶体的衍射越强；介质的密度或者粘度相对越大，三维组装体系越稳定；随着磁场强度的增加，颗粒之间的距离增大，使得衍射波长发生蓝移。将磁性纳米基元在水凝胶中进行三维组装，得到的水凝胶具有压力敏感的作用，进一步拓展三维组装光子晶体的应用领域。迄今，本项目在Macromolecules,Langmuir,Polymer Chemistry 等期刊发表SCI文章30余篇，其中树莓状粒子合成与组装的文章与利用点击聚合构筑单分散基元的文章同样被Polymer Chemistry选作封面论文。此外，发表在Journal of Colloid and Interface Science 2012,374,339-344上的有关一维磁性纳米链的文章被国际著名的生物医学搜索引擎BioMedLib评为2012-2105所在领域前20名高被引论文之首。磁性基元在催化方面应用的文章发表在Catalysis Communications期刊上，是该期刊的最高被引论文之一