偶氮苯超分子聚合物有序多孔膜的制备与定向光调控

两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)中,吡啶的氮原子能够与4'-碘-4-二甲氨基偶氮苯(IAzo)的碘原子以卤键结合,从而构筑超分子聚合物.通过静态呼吸图法制备了含偶氮苯的PS-b-P4VP超分子聚合物PS-b-P4VP(IAzo)x蜂窝状有序多孔膜,并详细研究了IAzo的含量及光照条件对孔尺寸和形貌的影响.通过红外光谱、扫描电镜等表征手段对PS-b-P4VP(IAzo)x的制备及成膜的表面和断面形貌进行了研究.结果表明,随IAzo含量的增加,超分子聚合物多孔膜的孔径逐渐增大.此外,由于偶氮苯的光致形变特性,在线性偏振光照射下,多孔膜的圆孔可以转变为矩形孔或菱形孔.增加偶氮苯含量,能够加快形变速度.提出了简单新颖的光响应超分子聚合物制备方法,并成功地实现了孔结构的光调控,为可控表面图案的设计和应用提供了新的解决思路.     

聚丁二烯有序多孔膜在热缩型聚乙烯膜上的收缩

采用溶剂散逸自组装制备了聚丁二烯(PB)有序多孔膜。水珠能在冷的高分子溶液表面凝结形成有序的阵列,溶剂蒸发后,高分子材料按照水珠排列的形貌形成了有序多孔膜。两性共聚物的加入能够起到稳定水滴的作用,从而确保多孔膜成为有序的结构。利用聚乙烯可收缩膜将聚丁二烯多孔膜收缩2次,得到长方形、梭形、条形和哑铃形的孔。孔的尺寸从微米级收缩至亚微米级,并对产生各种形状的机理进行了研究。     

结晶行为对无定型/结晶聚合物共混体系形状记忆性能影响的研究进展

形状记忆聚合物因其具有质轻、低耗、形变量大、回复率高、形状可调、刺激方式多样等众多优点而受到广泛关注。相较于其它类型的形状记忆聚合物而言,共混型形状记忆聚合物的制备则更为简单方便。目前最常见的共混型形状记忆材料是无定型/结晶聚合物体系,其中结晶聚合物的结晶行为是影响整个体系形状记忆性能的关键。本文结合了该领域的研究现状,就结晶度、晶体尺寸以及晶体取向对共混体系形状记忆性能影响的研究进展进行了综述。     

聚苯乙烯-嵌段-聚丁二烯有序多孔膜在可收缩膜上的形变研究和光学性质

利用溶剂散逸自组装法在潮湿的条件下,制备了聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段聚合物（PS-b-PB）有序多孔膜。 利用聚乙烯可收缩膜将PS-b-PB多孔膜进行两次收缩,形成小孔径的有序多孔膜。 通过收缩,膜上的孔由圆形变为长方形或者梭形,孔的尺寸从微米级收缩至亚微米级。 利用扫描电子显微镜对膜收缩过程中2种形状产生的机理进行了研究。 结果表明,PS-b-PB结合了聚苯乙烯（PS）和聚丁二烯（PB）两个均聚物的优点,收缩后仍然保持膜结构的平整性,从而将不可见的热场变化转变为可见的光学变化。     

高分子多孔微球产品的制备及其在类病毒颗粒分离纯化中的应用

高分子多孔微球在医药领域的分离纯化中应用广泛,是重要的化工产品。高分子多孔微球的形成是一个复杂的过程,利用聚合物与有机溶剂致孔剂的相分离,可得到小于100 nm孔径的多孔微球;而水和疏水性聚合物之间相分离程度远大于有机溶剂与聚合物间的相分离程度,因此可获得大于100 nm孔径的多孔微球。针对不同应用领域选择不同的方法,设计并制备出合理的微球结构,对多孔微球的实际应用十分关键。本综述介绍了纳孔、介孔、大孔微球产品的制备方法悬浮聚合和种子聚合法,重点介绍本课题组制备超大孔微球的方法--反胶团溶胀法和W/O/W复乳法,上述两种方法解决了常规方法难以制备大孔径微球产品的问题,拓展了多孔微球在类病毒颗粒等大尺寸蛋白分离纯化领域的应用。在此基础上,以HB-VLPs为模型对比了不同孔径微球对类病毒颗粒吸附量、回收率、结构、以及纯化效果的差异,揭示超大孔微球产品在类病毒颗粒分离纯化中的优势。     

基于静态呼吸图技术的图案化方法

对呼吸图技术制备二维有序多孔结构的研究进展进行了综合评述, 并重点介绍了本课题组发展的静态呼吸图技术. 利用静态呼吸图法, 可制备高度有序的聚合物、聚合物/无机物微孔膜. 这些有序的结构可以直接应用于光掩膜. 进一步, 多孔聚合物膜可以被紫外光交联和改性. 表面改性的多孔聚合物膜可以用于细胞支架. 而交联的聚合物/无机物前驱体微孔膜可以用来制备无机纳米材料阵列. 结果表明, 静态呼吸图技术是一种简单、高效的对聚合物、聚合物/无机物薄膜进行图案化的通用方法,并展示了图案化薄膜广阔的功能化前景.     

二次阳极氧化方法制备有序多孔氧化铝膜

通过二次阳极氧化方法制备多孔氧化铝膜与一次阳极氧化方法制备多孔氧化铝膜孔排布规律性的对比,结果发现,二次阳极氧化方法制取的多孔氧化铝膜孔排布规律性明显好于一次阳极氧化法制取的多孔膜.在几个微米范围内,孔呈理想的六角排布.去除一次阳极氧化膜后,二次阳极氧化得以在更良好的表面进行,制取的氧化铝膜孔规律性和有序度更高.有序区域的尺寸与晶粒内的亚晶大小有一定关系.     

两亲性嵌段共聚物导向合成有序介孔金属氧化物半导体材料

有序介孔材料作为一种结构稳定、高比表面积、孔径可调、孔壁易于修饰的新型纳米结构材料在基础研究与应用开发方面都引起了人们的关注.有关有序介孔材料的文献中,无定型介孔材料(如二氧化硅、碳材料等)报道占据了大约70%,主要是由于传统软模板剂(如小分子表面活性剂或者聚环氧乙烷-b-聚环氧丙烷基嵌段共聚物)能够胜任无定型介孔材料的合成.相比而言,常规软模板剂在合成具有独特物化性能(光、电、磁以及催化、气敏等特性)的晶态半导体金属氧化物介孔材料方面面临很大的挑战.近年来,随着学科交叉发展以及高分子界研究人员加入无机多孔材料领域,一系列新型嵌段共聚物模板剂(例如具有高残碳率、高玻璃化转变温度和络合能力的嵌段共聚物)相继被合成并用于合成新型多孔材料,特别是这些模板剂在诱导组装合成有序介孔金属氧化物材料方面的研究取得了突出进展.本文从聚合物模板剂的制备与组装出发,围绕金属氧化物前驱体与模板剂之间的相互作用,系统综述了两者组装的作用机理和组装行为.深入探讨并总结了常见的三大组装方式:金属无机盐-聚合物模板、金属簇化合物-聚合物模板、金属纳米晶-聚合物模板组装,详细阐述了聚合物模板在合成有序介孔金属氧化物中的组装机理以及微观结构调控规律,并分析了聚合物模板诱导合成有序介孔金属氧化物未来宏量制备面临的机遇与挑战.鉴于其丰富的物化特性和新颖的介孔结构,有序介孔金属氧化物将逐步成为纳米光电器件、纳米催化载体以及化学传感的核心材料.     

多孔聚合物的纳米形貌设计与多功能集成研究进展

多孔聚合物因具有独特的结构优势,如比表面积高、孔结构可控、密度低、表面与骨架化学环境易剪裁等,在气体存储、催化、传感、药物传递和分离等应用方面表现出优异的性能,受到了广泛关注。近年来,各种新型多孔聚合物已成为材料和化学研究领域的"新宠"。然而,孔结构精确调控、纳米形貌可控构筑以及功能组分的定制与集成,依然是多孔聚合物设计制备与应用所面临的难点与挑战。中山大学吴丁财教授团队在新型多孔聚合物的设计制备与应用方面开展了一系列研究工作,取得了重要进展。本文对他们研究工作的最新进展作了简要的评述。     

pH响应的嵌段共聚有机膜的计算机模拟

采用耗散粒子动力学模拟了PS-PAA-PEO三嵌段共聚物在非溶剂诱导下自组装形成通道孔结构高分子膜的过程.探讨了聚合物浓度对多孔膜结构的影响,得到了制备通道孔高分子膜的合适浓度范围.在不同pH值下,聚合物膜孔具有开关效应,并计算了相应的孔径.研究结果表明:当溶液的pH值由酸性转为中性时,通道孔从打开状态切换为关闭状态,达到了理想的智能开关效果.另外,在不同pH下的通道膜对不同尺寸的纳米粒子有选择性透过作用.结果发现孔径越小,可截留越小尺寸的纳米颗粒.     

贵金属多孔纳米结构的模板法制备及生物检测应用

贵金属多孔纳米材料是一类非常重要的新型多功能纳米材料,其具有独特的空心内部、多孔的外壁以及可调的形貌等,表现出优异的光、电、催化等特性。调制贵金属多孔纳米材料的尺寸、形状、排列和空间取向等对促进其在拉曼光谱、生物传感等方面的应用至关重要。模板法是利用与目标产物的纳米尺度特征相匹配的预制结构来指导纳米材料的合成,可以制备出其他方法难以制备的新型多孔纳米结构材料。基于模板的多样性,能够便捷的调节多孔贵金属的孔径、尺寸和组分,充分的开发贵金属纳米结构的特性。本文着重介绍了贵金属多孔纳米材料的类型和调控这些纳米结构的各种模板方法,分析了各种制备方法的优势和不足,并简要综述了贵金属多孔纳米结构在生物检测方面的一些应用进展。     

双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料的研究进展

形状记忆聚合物是一种典型的智能材料,具有质轻、形变量大、可对多种刺激进行响应等优点.根据形状记忆过程的可逆性进行分类,形状记忆效应可以分为2种:单向与双向形状记忆效应.与不可逆的单向形状记忆过程相比,双向形状记忆过程是可逆的,样品不需要使用者进行再次变形,就可以在原始形状与临时形状之间进行可逆转换,因此其具有极高的实用价值与广阔的应用前景,受到各国研究人员的广泛关注,成为当前的研究热点之一.本文总结了近年来所研究的双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料,包括恒外力条件下(外力≠0)的准双向形状记忆结晶聚合物,无外力条件下的双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料.具体来说,前者包括在恒外力作用下的化学或物理交联的结晶聚合物.后者包括双层或核-壳聚合物复合材料、由分步交联得到的双网络交联结晶聚合物、化学交联的双组分结晶聚合物、具有较宽熔融转变的化学交联结晶聚合物与物理交联的结晶聚合物.重点关注了这些材料的制备方法、影响因素及相应的双向形状记忆机理,并对其研究前景进行了展望.     

多阶有序多孔炭的软模板法合成与结构控制

多阶有序多孔炭材料综合了多种多孔炭材料的结构优点,在催化、吸附、储能、电化学等方面具有潜在的重要应用。多阶有序多孔炭材料的合成方法很多,到目前为止,模板法是控制孔结构和调节尺寸的最有效方法。在模板法中,软模板法因为其工艺简单、省时、成本低、环境污染小等优势,近些年来广泛被人们采用。用软模板法合成的多阶有序多孔炭包括:大孔-介孔炭,介孔-微孔炭,介孔-介孔炭,大孔-介孔-微孔炭等。本文对多阶有序多孔炭的软模板法合成与结构控制进行了综述。总结了软模板法在实现上述材料孔结构控制中的影响因素。     

蝌蚪型POSS接枝含氟丙烯酸酯类杂化聚合物多孔膜的制备研究

以本实验室合成的3种结构的蝌蚪型POSS杂化聚甲基丙烯酸三氟乙酯(POSS-PTFEMA)、POSS杂化聚甲基丙烯酸三氟乙酯嵌段共聚聚甲基丙烯酸甲酯(POSS-PMMA-PTFEMA)及POSS杂化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚聚甲基丙烯酸三氟乙酯为成膜材质,利用呼吸图案法制备规整结构的蜂窝状聚合物多孔薄膜.利用扫描电镜(SEM)对薄膜表观形貌进行观察,分析了孔形貌的影响因素,并研究了多孔膜的疏水疏油性和耐温性.研究表明,以氯仿为成膜溶剂,3种不同结构的杂化聚合物均可以在较大的浓度范围下(5~30 mg/mL)制备规整的杂化聚合物多孔膜,膜的孔径随聚合物浓度的增大而增大;聚合物POSS-PTFEMA由于化学结构中含有最多的TFEMA结构单元,其规整性最好;相对疏水的硅片也有利于这类疏水的聚合物多孔膜的制备.所形成的多孔膜具有良好的耐温性能和疏水拒油性,其对水接触角介于98°~116°之间,对正十二烷的接触角则介于43°~66°之间.     

金属有机骨架材料的复合成型

金属有机骨架材料(MOFs)是由有机配体与金属离子(簇)配位而成的有序杂化多孔框架晶体材料,具有比表面积高、密度低、孔结构可调、配体可设计及易修饰等特性,已广泛应用于分离、催化、传感和药物递送等研究领域。MOFs本身以粉体形式存在,在实际应用中不易于加工处理和回收再利用,甚至会导致粉体污染。因此对MOFs粉末进行复合成型,制备成复合颗粒或者膜材料,有利于推进其工业应用。本文按照MOFs制备和成型的先后顺序,对MOFs复合微珠、薄膜和混合基质膜成型体的制备方法进行综述,对推进MOFs成型体的大规模制备以及开发新的MOFs成型方法提供技术参考。     

复合介孔二氧化硅膜的制备及应用

复合介孔二氧化硅膜是近十年来发展起来的一种具有独特孔中孔结构的新型膜材料。该材料以多孔膜（无机多孔膜或者有机多孔膜）为硬模板,以表面活性剂为结构导向剂,通过溶胶-凝胶等方法将介孔二氧化硅材料组装在多孔膜的孔道中制备而成。由于其具有不同于传统介孔二氧化硅膜材料的一些独特结构和性能,并在分离、吸附和催化等领域具有广泛的应用前景,引起了人们广泛的关注。本文主要就复合介孔二氧化硅膜的制备方法,特别是近几年内其在纳滤、纳米材料的模板合成、酶的固定、传感器、反应器以及药物释放等方面最新的应用研究进展进行论述,同时对这类新型的复合介孔二氧化硅膜材料在合成和应用方面存在的问题进行了分析和总结,并对其发展前景作了展望。     

共价有机框架新应用: 选择性水解二维共价有机框架制备有机纳米管

共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)是一类晶态有机多孔聚合物,它们通过多官能团有机单体分子缩聚形成共价键连接的二维或三维拓展网格结构[1].遵循“框架化学”构筑原理[2],COFs的结构可被预先设计并精确构筑.这类新颖材料的显著特点是其内部分布高度有序的纳米孔道且孔道形状和大小可通过改变聚合单体的对称性和尺寸进行精确调节.此外,从构效关系的角度考虑,多孔和共轭结构特征[3]使其在物质吸附、储存与分离、催化、光电和传感检测等领域均得到了引人注目的应用[4].尽管如此,开辟COFs新应用的需求仍然十分迫切.     

一步碳化多孔有机材料制备多孔碳及其性能的研究

开发并利用清洁的、可再生的能源是解决环境污染问题和能源短缺的有效方法.碳化含碳量较高的多孔有机材料制备的多孔碳,具有较高的比表面积,良好的物化稳定性,优良的机械性能等优点,在清洁能源的存储、分离、能量的存储与转化领域有广泛的应用.常见的由多孔有机材料制备多孔碳的方法主要是非活化碳化法和活化碳化法.不同的制备方法得到的多孔碳形貌,孔结构各不形同.多孔碳材料自身的结构性质可以影响其应用.合理的设计并调控多孔碳的“孔”,发挥孔尺寸的“筛分效应”可以有效地对气体进行存储和分离.在锂电等能量转化领域,“限域效应”是影响锂电性能的重要因素.多孔碳材料中较小的孔可以限域活性成分,而较大的孔可以快速传输,两种孔的协同效应可以使锂电性能大大提升.本综述系统地归纳了一步碳化多孔有机材料制备多孔碳的方法及其优势,详细地介绍了其在气体吸附、存储、分离以及电化学等领域的应用.最后,结合多孔碳材料的研究现状,提出由多孔有机材料制备多孔碳材料所面临的挑战,同时也展望了多孔碳材料的应用前景.     

介观尺度多孔材料的电子显微学结构解析

孔径在介观尺度的多孔材料由于其规整的孔道结构、大比表面积、特殊的空间限域效应使其在吸附、分离、催化、传感、载药、能源等领域都具有广阔的应用前景. 深入解析材料的结构特征不仅是理解其物理化学性能和应用的关键, 也是研究材料的形成机理及新材料制备的重要反馈和支持. 电子显微学以电子为探针, 通过电子衍射和高分辨像对材料结构展开探索, 可以研究更小尺寸晶体的结构, 揭示局部结构信息如缺陷及共生等, 对介观尺度多孔材料的结构解析至关重要. 对近年来通过电子显微学方法解析的介观尺度多孔材料工作进行了综述, 主要针对有序介孔材料以及有序大孔材料展开, 归纳了不同结构类型的介观尺度多孔材料所适用的电子晶体学方法, 在此基础上提出电子显微学在介观尺度孔材料结构解析上的优势、不足和未来发展的方向, 以及将电子显微学用于其它材料结构解析的可行性.     

可生物降解交联聚合物的研究进展

交联聚合物具有稳定的三维网络结构,可以提高药物缓释载体的尺寸稳定性。本文综述了可生物降解交联聚合物的研究进展,主要介绍了可生物降解交联聚合物的制备方法,包括交联剂交联、辐照交联、光致交联以及过氧化物交联在制备可生物降解交联聚合物中的应用,详细介绍了交联剂的种类及结构对交联效果的影响、交联后聚合物性能的变化等。最后总结了可生物降解交联聚合物在组织工程支架、药物缓释材料、神经再生修复材料以及形状记忆材料等生物医用领域的应用。