基於液晶嵌段共聚物的溶液相活性自組裝

《基於液晶嵌段共聚物的溶液相活性自組裝》是依託北京理工大學，由李霄羽擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於液晶嵌段共聚物的溶液相活性自組裝
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：李霄羽
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

近年來，基於結晶嵌段共聚物的溶液相“活性自組裝”領域發展迅速。這種“活性自組裝”方法可精確地控制膠束的形貌和結構，是目前自組裝領域的熱門方向之一，並已被擴展到幾種結晶性高分子體系和小分子體系。液晶嵌段共聚物的溶液自組裝領域近年來取得了一定的進展，但對其自組裝規律仍缺乏系統的認識，制約了這方面的研究和套用。本研究借鑑結晶驅動“活性自組裝”方法，合成一系列含有聚2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯（PFMA）的液晶嵌段共聚物，並研究其溶液自組裝行為，實現一種利用液晶嵌段聚集形成液晶相作為驅動力的新型溶液相活性自組裝方法，製備形貌、尺寸可控的，且具有複雜結構的功能性膠束，並初步探索其套用。本研究將以液晶嵌段共聚物為研究對象，揭示其溶液自組裝規律，進一步證明“活性自組裝”方法的普適性，為控制嵌段共聚物自組裝膠束的形貌和結構提供新方法和新思路。

結題摘要

本項目執行過程中，包括原計畫中液晶嵌段共聚物溶液自組裝研究，我們同時一共完成了四個方面的研究內容。在研究1中，合成了含有聚2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯（PFMA）的液晶嵌段共聚物，利用液晶嵌段共聚物原位“引發-生長”的超分子聚合過程，通過“一鍋法”精確合成多級納米結構，借鑑鏈增長聚合反應的原理調控液晶嵌段共聚物的超分子聚合過程。研究發現，在液晶嵌段聚合物（“單體”）溶液中加入可與成殼嵌段進行超分子作用的小分子（“引發劑”），誘導液晶嵌段形成液晶態膠束核。在液晶有序化效應驅動下，這些液晶態膠束核作為種子可進一步引發超分子聚合。通過調整條件，柱狀膠束的長度（“聚合度”）可以在300納米到約5微米之間精確調節，並且長度分布非常窄(PDI＜1.03)。同時，該過程加熱可逆，還對多種小分子引發劑和多種超分子作用通用，進而可以拓展到了大分子乃至納米顆粒，實現了具有多種拓撲結構的超分子聚合物的一鍋法可控制備。這種簡單而有效的“引發-生長”方法將嵌段共聚物自組裝與超分子聚合方法相結合，提供了一種新的嵌段共聚物精確自組裝策略，可以擴展至類似嵌段共聚物或超分子體系當中，有望為高分子及超分子自組裝領域提供新的研究思路。在研究2中，通過小分子和嵌段聚合物形成超分子包合物製備六邊形片層組裝體，並實現了對組裝體的尺寸的精確控制和多級結構的製備。這種方法提供了一種新的二維片層組裝體的精確合成策略。在研究3中，合成了新的含硼多色發光聚合物材料，並且通過控制分子量調整其發光。這部分工作展示了一種設計多發射和刺激回響材料的新策略，打破了傳統的構建多功能回響材料的限制，為新材料的開發和套用研究提供了新的思路。在研究4中，發明了一種基於可逆光交聯反應的聚氨酯材料合成方法，通過光照使其力學性能可調，可大大拓寬聚氨酯材料的套用領域；同時賦予聚氨酯自修復性能，可顯著延長其使用壽命，提高套用可靠性。這一普適性的方法有望廣泛套用於聚氨酯材料當中。