设计功能化表面调控高分子体系组装

本项目使用计算模拟研究方法，设计具有识别特定分子链能力的功能化表面，研究该表面通过对体系中特定序列和组成的分子链的识别，调控复杂高分子体系组装形成纳米结构的能力和机理。本项目的研究基础建立在表面对高分子链的设别技术和复杂高分子体系协同组装的研究上，通过借鉴两个方向的研究成果，将表面的诱导作用引入高分子体系以调控体系长程有序，同时保持高分子体系自组装的能力，从而得到复杂的纳米结构。这种复杂的纳米结构是目前常用的模板调控或施加外场方法不能制备得到的。本研究通过借鉴分子识别技术和高分子自组装的研究经验，开拓一条设计和制备长程有序的复杂纳米结构的新途径。本研究对于深入了解表面与高分子链之间的相互作用的机理和形式，以及通过表面调控高分子组装形成纳米结构的规律具有重要意义。项目研究成果可以为微纳米器件的制备提供理论基础和前沿预测，也可以为纳米复合材料的制备以及生物材料的研制提供理论借鉴。

本项目使用计算模拟研究方法，研究功能化表面对高分子体系的诱导作用。通过设计特定性质、形貌的表面和特定组成、序列的高分子链，筛选能够形成多种规则纳米结构的聚合物体系。在项目的执行期间，我们按照年度计划开展了各项研究内容。使用Monte Carlo和SCFT模拟方法探讨了模板表面诱导高分子体系的自组装行为的热力学状态，探索了模板表面识别和诱导复杂高分子体系的动力学过程。.在研究中，我们探讨了均一表面场、稀疏的表面场、纳米棒修饰的表面场、三维封闭表面场和具有统计分布图案的表面场等诱导表面对单一高分子体系和共混高分子体系的调控能力。我们考察了由一种高分子链组成的单一高分子体系，两种和两种以上分子链共混的高分子体系以及高分子纳米颗粒共混体系。模拟研究表明，将表面场的诱导作用与高分子链体系的自组装能力结合起来，可以获得结构规则且不局限于表面场图案的复杂纳米结构。与表面场的诱导作用相比，多组份高分子共混体系的相行为受共混体系的链段分布和组分性质影响更大。.部分研究成果已经发表在Langmuir和Macromolecules上，其他数篇论文投稿至Soft Matter等期刊上，目前在审稿阶段。尚有部分研究成果需要进一步整理和验证后发表。在项目研究期间，项目负责人参与编撰英文学术书籍一章，申请发明专利一项。