基于配位聚合的纳米螺旋纤维生长机理及螺旋纤维纸研制

利用纳米螺旋纤维的特殊结构和超弹性等特点，研制螺旋纤维纸，对制备可媲美巴基纸的高性能新材料具有重要的学术价值和良好的应用前景。本项目主要围绕基于配位聚合的纳米螺旋纤维原位生长机理和螺旋纤维纸的可控制备开展研究：通过对聚合物纳米螺旋纤维的生长及其动力学过程进行深入和系统研究，阐明在各向异性纳米晶催化剂表面引发的配位聚合反应和聚合物纳米螺旋纤维原位生长机理；通过对聚合反应、纤维生长条件和产物结构等的系统研究，揭示纳米螺旋纤维生长过程中多层次结构演变规律和调控机制，为系列化螺旋纤维的可控批量制备奠定基础；通过对聚合物纳米螺旋纤维表面结构和特性的深入研究，提出增强纳米纤维之间相互作用的技术方案；通过对螺旋纤维纸成型工艺、成型过程中纳米螺旋纤维多层次结构变化以及不同螺旋度参数的纤维对纤维纸性能的影响等研究，揭示其高性能化调控机制，建立纳米螺旋纤维纸的成型工艺和控制方法。

以一维纳米结构和二维原子晶体等为代表的低维纳米材料为近年来国际关注热点，其中具有螺旋形态的(准)一维纳米结构具有特殊的手征性和超弹性，有望在高性能、多功能新材料领域发挥重要作用。本项目针对纳米螺旋纤维的催化生长机理、可控制备方法和功能化机制等科学问题，通过系统的实验研究和针对性模拟计算开展研究工作，主要学术突破点包括：(1)催化剂生长机理与调控机制：通过对催化剂前驱体可控制备及其热分解机理等研究，实现了催化剂纳米铜晶体多层次结构控制；基于对催化剂纳米铜原位生长机理与调控机制的研究，阐释了催化剂暴露晶面与催化活性、催化剂形貌与配位聚合产物的关系，发现并通过理论计算证实生长气氛可诱导铜纳米晶体形貌改变。(2)基于配位聚合的纳米螺旋纤维生长机理：通过第一性原理计算结合实验研究，发现单体分子乙炔在纳米铜催化剂不同晶面上的差异性吸附与不对称催化活性，提出乙炔在纳米催化剂不同晶面上发生速差原位聚合导致不对称生长而形成纳米螺旋纤维微观机理。(3)系列螺旋纤维可控制备：采用实验与模拟计算相结合，研究了不同形态、不同尺度螺旋纤维的催化生长机理，以及催化剂结构、形貌和尺寸等因素对催化生长螺旋纤维的影响规律，阐释了螺旋纤维多层次结构演变规律与调控机制，提出基于气体诱导和调控催化剂形貌以及纤维系列化可控制备新方法。(4)纳米螺旋纤维纸与螺旋纤维复合材料的制备：通过对纳米螺旋纤维多层次结构和相互作用的系统研究，提出了针对螺旋纤维的表面改性和处理方法，实现了纳米纤维的分散和成膜等工艺性控制；研制出纳米螺旋纤维纸、纤维膜和纤维复合材料；探讨了在纤维膜上二次原位生长纳米螺旋纤维的新型复合膜成型技术与控制方法，获得了多尺度纳米复合膜新结构。(5)螺旋纤维纸及复合材料新功能探索：发现纳米螺旋纤维具有优异的复合材料增韧功能，并可获得亲疏水性、电磁波吸收、红外发射、气敏传感等功能可调的纳米新材料。. 通过项目资助，课题组发表SCI收录论文22篇(IF≥3.0的10篇)，申报国家发明专利2项(已授权)；参加国际会议5次(主题和特邀报告4次)；组织承办国际学术会议2次；邀请国际知名专家开展学术交流8人次(诺贝尔奖获得者4人)；培养中青年学术骨干2人，博士后1名，博士生4人，硕士生6人。