通过引导组装构筑结构可控的液晶纳米粒子聚合物

The nanocomposite has been widely used in functional materials, microelectronics, catalysis, life science and other fields due to their unique and anisotropic optical, electronic, magnetic and mechanical properties. However, their overall synergy performance is significantly depended on the orientation and accurate arrangement of the ordered structure. In this proposal, we try to make use of directed self-assembly (DSA) to fabricate liquid-crystalline (LC) nanoparticle polymer with the oriented and accurate arrangement of the ordered structure, which is expected to expand the function of the material, and offer a versatile approach to fabricate a novel functional nanocomposite. In this system, we will reasonably take a “bottom-up” method to flexibly and precisely control their chemical structures, which is used to adjust the moleuclar shapes and topological structures, then control their the ordered structures. Further, we intend to use the directed self assembly (DSA) method to guide the domain orientation and register to realize the orientation and accurate arrangement of the ordered structure. Cross linking the resultant LC nanoparticles after DSA by in situ polymerization can produce LC nanoparticle polymer with the same ordered structure as the LC nanoparticles after DSA. At last, we will comprehensively analysis their relationship between the structure and function，then feedback the relative results to direct the molecular design and synthesis, which is helpful to achieve a novel potential practical nanocomposite.

纳米粒子复合材料表现出独特的光、电、磁及机械性能，在功能材料、微电子、催化、生命科学、能源科学等领域具有广泛的应用。然而，该类材料的整体协同性能依赖于纳米粒子自身的取向及规整排列。因此，在本项目中，我们试图通过引导组装液晶纳米粒子构筑有序结构可控并精确定位的纳米粒子聚合物，拓展该类材料的功能，为构筑新型功能材料提供基础。在该体系中，采用 “自下而上”的方法，灵活并精确地调控液晶纳米粒子的化学结构，通过改变化学结构调节其分子形状和拓扑结构、调控其超分子有序结构。通过引导组装对该类液晶纳米粒子所形成的有序结构进行取向和定位，实现有序结构的精确排列。进而对有序结构精确排列的液晶纳米粒子进行原位聚合，制备出结构精确排列的液晶纳米粒子聚合物。最后，对该材料的结构与性能进行全面系统的分析，并反馈于分子设计、合成和引导组装，最终制备出具有应用前景的纳米复合功能材料。

在本项目中，以金纳米粒子和聚合物碳点为核构筑了尺寸可控的液晶纳米粒子复合物，详细考察了其化学结构与凝聚态组装结构之间的关系，并通过引导组装对其超分子结构的排列进行调控。同时以该类纳米粒子复合物为基础对液晶进行了取向和引导组装，实现了其在传感、显示、智能窗、柔性执行器等方面的应用。通过该项目的实施，实现了在分子设计与合成、凝聚态表征、结构和性质等各方面相互反馈，体现了化学、物理、材料的深度融合。依靠该项目，初步开展了有关发光液晶高分子的引导组装方面的工作，完成了计划书中相关内容。相关实验结果已经在Macromolecules（3篇）、 ACS Appl. Mater. Interfaces（4篇）、J. Mater. Chem. C、Poly. Chem.、Polymer、高分子学报、ACS Appl. Energy Mater.等国际知名刊物上累计发表高影响力的SCI论文14篇，申请专利10项，授权3项目。通过该项目本课题组先后16人次参加了7个全国性学术会议，做邀请报告3次，口头报告3次，墙报8次，累计发表会议论文12篇。该项目的实施使1名青年教师得到了锻炼，培养了10名研究生，其中1名博士研究生和6名硕士研究生已经毕业，另1名博士研究生和2名硕士研究生分别预计于2021-2023年毕业。同时，通过该项目的资助，24名本科生在本实验室完成了毕业论文，目前本课题组在读硕士研究生12名，有3名研究生在继续该课题的相关后续内容。