《單個偶氮聚合物囊泡的光致可逆形變的放大研究》是依託中國科學技術大學，由張其錦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單個偶氮聚合物囊泡的光致可逆形變的放大研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張其錦
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
合成聚合物囊泡研究是模擬生物囊泡結構與性質研究領域中非常活躍的一個分支。通過化學方法將偶氮聚合物的光回響性質引入聚合物囊泡結構，藉助光鑷實驗技術，對單個含偶氮基元的聚合物囊泡的光回響進行研究，觀察到該囊泡在光照下能夠進行可逆收縮-膨脹運動。在上面工作的基礎上，本項目依據交聯結構能將聚合物材料的光致形變進行放大的原理，擬在上述囊泡結構中控制囊泡壁的交聯結構，將光致囊泡的上述可逆運動進行放大，以獲得比已有伸縮比更大的光致囊泡可逆伸縮形變，提高光能到機械能的轉變效率。研究內容主要包括：系統地探索可交聯囊泡組裝體系各組分化學結構和含量與組裝過程的關係,所需囊泡結構的形成規律，以及囊泡壁化學結構和囊泡壁凝聚態結構與能量轉換過程之間相互影響的規律，最終完成單個交聯囊泡的光致形變放大性質研究。研究工作的完成，不僅會在光力效應領域開拓一個新的研究分支，還將為多個偶氮聚合物囊泡可逆光控形變研究奠定基礎。
結題摘要
合成製備了帶有吡啶偶氮苯側基的丙烯酸酯類單體，並通過RAFT自由基聚合將其與N-異丙基丙烯醯胺進行嵌段共聚，得到二親性聚合物。將共聚物溶於四氫呋喃（THF）後，逐步加入極性溶劑水，共聚物發生自組裝，形成微米尺寸的囊泡。這種囊泡具有可逆的光致收縮-膨脹性質。另一方面，疏水的囊泡壁中含有既具有光回響性質，又能夠通過與其它小分子發生配位形成交聯的吡啶偶氮苯基元。本項目的研究結果表明：通過加入1,3-二溴丙烷確實能夠同吡啶偶氮基團交聯，交聯結構造成囊泡的光致收縮-膨脹行為得到控制，當未加入交聯劑時，光致收縮-膨脹的程度最大，而當交聯度大於30%時，囊泡的光致收縮-膨脹行為消失。 在上述工作中，結合光阱拉曼光譜實驗手段，對偶氮苯基團順反異構反應進行了原位觀察。結果表明，順反異構反應是光致收縮-膨脹的動因，而光致收縮-膨脹的程度與交聯程度相關。 上述光致收縮-膨脹行為只發生在偶氮苯基團通過6個亞甲基連線在聚甲基丙烯酸所構成的兩親性共聚物。為了考察連線鏈對光致收縮-膨脹行為的影響，我們合成了不同連線鏈長度的兩親性共聚物，並考察了它們的光回響行為。結果表明：連線鏈為0個亞甲基時，組裝得到的微米尺寸囊泡具有Janus結構，而且不具有光回響性；當連線鏈為2個亞甲基時，組裝得到的微米尺寸囊泡囊泡同連線鏈為6個亞甲基時相同，都是球形囊泡。然而，在紫外光照射下，連線鏈為2個亞甲基的囊泡從球形變為Janus結構，而不是光致收縮-膨脹。結合光阱拉曼光譜實驗手段，對這種聚合物一次化學結構變化造成的組裝行為和光回響行為進行了定量表征，結果表明一次結構微小的變化給囊泡壁的形態帶來了變化，並共同對囊泡的組裝行為和光回響行為產生了影響。 當採用甲氧基取代的偶氮苯基團來單體吡啶偶氮苯基團時，囊泡的光回響性質又有新的變化：在紫外光照射下，囊泡已經不能保持初組裝形成時的微米尺寸，而是發生分裂，形成尺寸更小的球形結構。採用光阱拉曼進行原位跟蹤發現：光致分裂具有光強依賴性：在低於0.1mW/cm2的光強下，囊泡不發生分裂；在此光強以上，偶氮苯基團的順反異構會在3秒鐘達到平衡濃度，同時囊泡發生分裂。採用能將近紅外光轉變為熱的Fe3O4納米粒子作為探針，發現雖然囊泡中偶氮苯基團的光致順反異構有助於光致分裂，囊泡中摻雜的納米粒子的光熱效應也能單獨造成囊泡的光致分裂。
