手性多孔嵌段共聚物薄膜诱导手性金纳米粒子的手性组装

以手性酒石酸(TA)分子诱导嵌段共聚物聚丁二烯-b-聚环氧乙烷(PBd-b-PEO)手性组装,通过除去TA分子形成手性多孔薄膜,并作为模板诱导手性金纳米粒子(Au NPs)手性组装。利用透射电子显微镜(TEM)和圆二色光谱(CD)表征了手性PBd-b-PEO/Au NPs复合薄膜的组装特性。结果表明:当手性Au NPs与孔道结构的手性一致时,更有利于手性Au NPs手性信号的表达。同时,当手性Au NPs沉积量比较少时,复合薄膜只表现出手性Au NPs的手性排列信号;而当Au NPs沉积量大时,复合薄膜表现出手性Au NPs本身和组装体的共同手性信号。     

手性多孔嵌段共聚物薄膜诱导手性金纳米粒子的手性组装

以手性酒石酸(TA)分子诱导嵌段共聚物聚丁二烯-b-聚环氧乙烷(PBd-b-PEO)手性组装,通过除去TA分子形成手性多孔薄膜,并作为模板诱导手性金纳米粒子(Au NPs)手性组装。利用透射电子显微镜(TEM)和圆二色光谱(CD)表征了手性PBd-b-PEO/Au NPs复合薄膜的组装特性。结果表明:当手性Au NPs与孔道结构的手性一致时,更有利于手性Au NPs手性信号的表达。当手性Au NPs沉积量比较少时,复合薄膜只表现出手性Au NPs的手性排列信号;而当Au NPs沉积量大时,复合薄膜表现出手性Au NPs本身和组装体的共同手性信号。     

PEO—PPO—PEO三嵌段共聚物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学方法（DPD）,模拟了聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（PEO—PPO—PEO）三嵌段共聚物在乙醇溶液中的自组装行为,考察了该共聚物的体积分数和聚氧乙烯（PEO）嵌段链长对介观形貌的影响。当F88（PEO104-PPO39-PEO104）体积分数为20％时,胶柬由初始的均衡分散态逐渐聚合,最终形成PPO为核、PEO为壳的平衡态柱状团聚体。改变共聚物的体积分数和PEO链的长度,会形成不同的介观结构,如：球状、柱状、立体网络、层状和穿孔状结构等。结果表明,DPD方法是研究三嵌段共聚物自组装行为和介观结构形成机理的有效工具,对合成具有特定结构性能的材料有一定的指导意义。     

硫醇类配体修饰金纳米粒子在嵌段共聚物中自组装的研究进展

本文综述了不同类型硫醇配体修饰金纳米粒子的合成方法以及功能性金纳米粒子在嵌段共聚物薄膜中的自组装研究进展,重点介绍了硫醇类配体修饰金纳米粒子的合成方法,包括Brust合成法、原位合成法、grafting from合成法、配体置换法、单晶模板法等。总结了硫醇基小分子或聚合物配体修饰的金纳米粒子与嵌段共聚物之间自组装的调控方法,如利用配体与嵌段共聚物组分的隔离作用、配体与嵌段共聚物组分形成的氢键作用、溶剂蒸气退火或热退火等诱导嵌段共聚物/纳米粒子复合薄膜自组装。展望了功能性金纳米粒子以及嵌段共聚物/金纳米复合材料的发展方向。     

SEOS/h-PEO共混物薄膜的微观分相结构

采用透射电子显微镜(TEM)观察由结晶性均聚物聚氧乙烯(h-PEO)与半结晶性嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌-聚氧乙烯-嵌-聚苯乙烯(SEOS)组成的干、湿刷共混物薄膜结构.结果表明:4种共混系统的薄膜结构均由嵌段PEO和PEO均聚物组成球形PEO分散相;随着均聚物含量的增加,PEO分散相尺寸逐渐增大;当均聚物质量分数增大到33.3%时,在聚苯乙烯(PS)连续相中形成了类似胶束的"核-壳"结构.     

苯胺四聚体-聚乙二醇-苯胺四聚体嵌段共聚物薄膜的自组装

以氨基封端的苯胺四聚体为基础,以甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)为中间体制备了苯胺四聚体-聚乙二醇-苯胺四聚体(ANI₄-PEG-ANI₄,PEG600,M_n＝600)嵌段共聚物,并溶于乙醇/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合溶剂后,涂覆于导电玻璃(ITO)表面制备成薄膜,利用原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和循环伏安(CV)等研究了薄膜的自组装及电化学行为等,讨论了诱导溶剂对嵌段共聚物薄膜形态和性能的影响. 研究发现,通过改变混合溶剂比和诱导溶剂种类,ANI₄-PEG-ANI₄嵌段共聚物薄膜可以实现多种形态的转变.     

嵌段共聚物的导向自组装

嵌段共聚物由于其在纳米尺度的自组装能力,通过在薄膜中的自组装可以得到特征尺寸小于10nm的周期性图形结构,近年来被广泛研究。导向自组装(Directed Self-Assembly,DSA)充分利用了嵌段共聚物在薄膜中进行自组装的优点,将"自下而上"的嵌段共聚物薄膜自组装技术和"自上而下"的光学光刻或电子束光刻等制备导向图形的技术结合起来。嵌段共聚物通过分子设计可得到层状、柱状、孔洞状等形貌多样的纳米结构。光刻模板表面的化学不均匀性使得嵌段共聚物和基底表面之间的相互作用可控,从而引导嵌段共聚物薄膜在一定的空间取向上定向排列。目前在导向自组装中常用的两种方法有直接在基底表面通过光刻制得前图形模板的制图外延法(几何控制)和基于对光刻模板表面进行化学修饰比如在模板表面接枝上一层中性层材料,从而通过化学诱导实现嵌段共聚物的定向自组装的化学外延法(化学控制)。导向自组装技术通过对微相结构的裁剪、表面修饰和尺寸控制,可以得到特征尺寸更小、密度更大、有序性更好的纳米图形,正逐渐成为最有前途的先进光刻技术方法之一。     

单一分子量含氟嵌段共聚物的本体及薄膜自组装研究

嵌段共聚物导向自组装作为一种自下而上的图案化工艺,受到工业界和学术界的广泛关注.然而,导向自组装中缺陷率与分子参数之间的关系研究尚不清晰.本文工作基于模块化合成策略,利用迭代指数增长法并结合巯基-双键的点击反应成功制备了高χ低N的单一分子量含氟聚酯嵌段共聚物(oLA_n-FPOSS).单一分子量特征可以排除多分散性对自组装行为的影响.本体自组装研究表明聚酯嵌段和含氟嵌段具有强相分离驱动力,可以形成特征尺寸小于10 nm的六方柱状相结构(HEX).在薄膜自组装中,嵌段共聚物经过简单的热退火可以在硅片表面形成平行基底排布的柱状纳米图案.此外,通过对比研究不同链长单一分子量嵌段共聚物的薄膜组装行为,发现随着嵌段共聚物链长的增长薄膜组装图形缺陷率明显下降,初步揭示了薄膜自组装过程中缺陷形成对嵌段共聚物链长的依赖性.     

双刚性共轭嵌段共聚物体系的自组装

棒杆-棒杆(rod-rod)共轭嵌段共聚物体系是近几年发展起来的一类新型共轭聚合物材料,由于其特有的电学活性以及通过自组装实现纳米尺度结构可控等特性正逐渐成为人们研究的热点.构筑单元的刚性棒状结构使得rod-rod共轭嵌段共聚物体系倾向于自组装形成囊泡或层状结构等低曲率聚集体.本文总结了近年来关于rod-rod共轭嵌段共聚物体系自组装行为的研究,分别介绍了溶液中以及薄膜状态下双刚性共轭嵌段共聚物体系的自组装行为,在此基础上进一步讨论了rod-rod共轭嵌段共聚物薄膜结构与性能的关系.     

pH响应性ABC型共聚物的合成与溶液自组装

用单氨基聚乙二醇(m PEG-NH2)引发ε-三氟乙酰基-L-赖氨酸-N-羧酸酐(Lys(TFA)-NCA)开环聚合,得到了聚乙二醇-b-聚(ε-三氟乙酰基-L-赖氨酸)(PEG-b-PTLL)两嵌段共聚物.将PTLL链段末端的NH2与2-溴异丁酰溴反应得到了大分子引发剂,通过原子转移自由基聚合(ATRP)的方法分别分别引发苯乙烯(St)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合,制备了结构明确、聚合度可控的聚乙二醇-b-聚(ε-三氟乙酰基-L-赖氨酸)-b-聚苯乙烯(PEG-b-PTLL-b-PS)和聚乙二醇-b-聚(ε-三氟乙酰基-L-赖氨酸)-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PEG-b-PTLL-b-PNIPAM)三嵌段杂化共聚肽.将PEG-b-PTLL-b-PNIPAM去保护后得到温度和p H响应三嵌段共聚物;将PEG-b-PTLL-b-PS去保护后得到p H响应的两亲性三嵌段共聚物.研究了PEG45-b-PLL106-b-PS20在混合溶剂H2O/DMF中的p H诱导胶束化行为.TEM结果表明,当水溶液p H小于PLL的p Ka时,PEG45-bPLL106-b-PS20形成球状胶束,当水溶液p H大于PLL的p Ka时,PLL转变成α-螺旋,PEG45-b-PLL106-b-PS20组装成盘状胶束.     

外加气流法制备微相结构有序的PS-b-PEO嵌段共聚物薄膜

采用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法合成了聚苯乙烯-聚环氧乙烷(PS-b-PEO)嵌段共聚物,并利用核磁共振波谱(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及凝胶渗透色谱法(GPC)对聚合物进行了表征.利用外加气流法制备了具有不同形貌的嵌段共聚物薄膜,并讨论聚合物分子组成、气流温度、气流速度以及不同基底对薄膜表面形貌以及内部结构的影响.当嵌段共聚物中聚苯乙烯嵌段的质量分数为83%~85%,气流温度为30~50℃,气流速度3~5 m/s时,有利于形成表面垂直柱状微相分离结构.当硅基底的接触角小于90°时,在合适的外加气流场作用下可以形成薄膜的表层和底层垂直有序而薄膜内部无序的非对称结构.     

调控氢键作用力在多组分嵌段共聚物共混体系中的自组装结构

调控嵌段共聚物共混体系的氢键作用力可应用在光学、电性及生物医用领域,因此吸引了高分子科学家广泛的研究兴趣,它提供了制备新型高分子材料(包含可调性及响应性的功能)的方法.在此篇综述中,我们整理了各种氢键作用力调控嵌段共聚物共混体系(如嵌段共聚物/低分子量化合物、嵌段共聚物/均聚物及嵌段共聚物/嵌段共聚物混合体系)在固态及液态的自组装行为.     

巯-炔加成可控修饰的两亲性嵌段共聚肽及其溶液自组装

以单甲氧基聚乙二醇伯胺(m PEG-NH2)作为大分子引发剂,引发γ-炔丙基-L-谷氨酸-N-羧基-环内酸酐(NCA)开环聚合的方法,合成了侧链上含有炔基的聚乙二醇-b-聚(γ-炔丙基-L-谷氨酸)两嵌段共聚物(PEG-b-PPLG).进一步通过巯基-炔基加成的"点击"化学方法,对两嵌段共聚物中聚氨基酸PPLG嵌段分别修饰了普通疏水性的饱和烷烃、具有超疏水性质的全氟代烷烃,并利用红外光谱、圆二色光谱、动态光散射和透射电子显微镜等技术,对合成的两嵌段共聚物在水溶液及有机溶剂四氢呋喃(THF)中的自组装性质进行了研究.研究发现两嵌段共聚物修饰前后,聚氨基酸嵌段在水和THF中都能保持一定的α-螺旋的构象,并进一步自组装形成以α-螺旋的聚氨基酸嵌段为内核、PEG嵌段为外壳的纳米聚集结构.     

ABC三嵌段共聚物的聚合诱导自组装研究

聚合诱导自组装(PISA)是一种在高浓度溶液中可连续大量制备纳米材料的新技术,结合计算模拟方法,研究其动力学过程可强化对PISA的认识和调控.通过耗散粒子动力学(DPD)模拟,研究了ABC三嵌段共聚物的聚合诱导自组装过程.先利用亲溶剂A链段引发B单体聚合,随着疏溶剂B链段的增长,AB二嵌段共聚物可组装并发生聚集体结构的连续转变,由球形胶束→蠕虫状胶束→层状结构→囊泡.再将C单体逐步聚合到AB共聚物上,调控C链段的亲疏溶剂性,可聚合诱导组装或解组装形成不同的ABC三嵌段共聚物聚集体.     

AB型聚乙二醇单甲醚-聚(L-丙氨酸)嵌段共聚物自组装过程的核磁共振研究

利用核磁共振方法研究了AB型双嵌段共聚物(MPEG45-b-PA32)在选择性溶剂中的自组装行为及胶束化过程.嵌段共聚物在三氟乙酸中聚氨基酸和聚乙二醇链段均处于自由运动状态,聚丙氨酸链段为无规线团结构.在向该溶液中逐渐加入氘代水的过程中,聚丙氨酸链段又重新聚集形成规整的二级结构.结合1H-NMR和COSY谱分析,结果显示这一自组装过程伴随着聚(L-丙氨酸)链段由无规线团向α-螺旋结构的构象转变,同时嵌段共聚物逐渐形成核-壳型胶束结构.利用透射电镜观察了所形成胶束的形态,嵌段共聚物主要形成粒径150 nm到220 nm的球形胶束.     

基于“分子胶”的新型两亲性嵌段共聚物β-CD-PLA的合成及其胶束化

以二重氢键为引导,二硫键连接疏水性聚乳酸(PLA)和亲水性β-环糊精(β-CD)合成了嵌段共聚物β-CD-PLA。采用1 H-NMR和GPC对嵌段共聚物β-CD-PLA的结构进行了表征,以芘作为荧光分子探针对嵌段共聚物β-CD-PLA自组装胶束的性质进行了表征,采用动态光散射纳米粒度仪(DLS)对自组装胶束的粒径进行了测试。结果表明:在二重氢键的引导作用力和碘的氧化作用下,中间体脱去保护基形成双二硫键,形成目标嵌段共聚物β-CD-PLA,该嵌段共聚物能够在水中自组装形成纳米胶束,临界胶束浓度(CMC)为0.089mg/mL,在稀溶液中具有良好的稳定性,自组装形成空白胶束的粒径为31nm,阿霉素盐酸盐(DOX)载药胶束的粒径为42nm。     

温度响应型手性Salen Ti~(IV)嵌段共聚物的可控制备及在硫醚不对称氧化反应中的应用

采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合法(RAFT),以N-异丙基丙烯酰胺和5-乙烯基手性salen Ti~(IV)为反应单体,偶氮二异丁腈为链引发剂,硫代丙酸苄硫酯为链转移剂,可控制备出一系列温度响应型手性嵌段共聚物(聚N-异丙基丙烯酰胺-co-手性salen Ti~(IV),PNxSy).通过红外表征证明该嵌段共聚物结构中含有温敏材料和salen Ti~(IV)的特征峰,紫外表征揭示了亲疏水单元比例对嵌段共聚物临界温度LCST的影响,动态光散射证明亲疏水比例对嵌段共聚物水合动力学粒径影响规律.透射电子显微镜和圆二色光谱表征温度对嵌段共聚物自组装的影响,结果表明,接近临界温度30℃时,嵌段共聚物的CD信号最强.该类温度响应型手性嵌段共聚物可实现纯水相中高效不对称反应的进行,仅需0.5 mol%嵌段共聚物催化反应1.0 h,即可实现底物苯甲硫醚转化率达95%,选择性为97%,对映选择性高达98%.实验证明嵌段共聚物在水中可自组装形成纳米反应器,加速反应进行,升温后,嵌段共聚物表现出疏水特性,从水相析出后直接回收,实现了材料可重复利用.     

两亲聚肽/螺烯的电荷复合自组装行为研究

研究了包含聚肽嵌段的两亲共聚物聚乙二醇-b-聚(L-谷氨酸)(PEG-b-PGlu)与4-甲基-4-氮杂[4]螺烯鎓离子(Me[4]H)的电荷复合自组装行为,讨论了聚肽链段长度、谷氨酸单元与螺烯物质的量比、pH值等因素对组装体形貌的影响.研究发现,当刚-柔型嵌段聚合物与刚性、大尺寸并具有诱导作用的小分子共同组装时,遵循与柔性大分子电荷复合组装完全不同的规律. PEG-b-PGlu/Me[4]H的电荷复合组装体形貌由π-π堆叠作用、两亲嵌段聚肽的亲疏水比、PGlu链段的刚硬程度共同决定,这些作用在组装过程中相互制约,当π-π堆叠作用占主导地位时,得到以指针状和条带状等平面结构为主的组装形貌.     

非偏振光诱导含聚二甲基硅氧烷的偶氮苯液晶嵌段共聚物薄膜微相分离结构的垂直取向

通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成了聚二甲基硅氧烷-嵌段-聚(11-(4-(4’-氰基偶氮苯)苯氧基)十一烷基丙烯酸酯)(PDMS-b-PAz)的二嵌段共聚物,其中PDMS的体积分数是27%.利用原子力显微镜和掠入射小角X射线散射等表征手段研究了不同厚度的薄膜分别在热退火和非偏振光取向后的组装形貌.结果显示:热退火时,当膜厚较低时,形成的是面内无序排列的柱状结构;而当膜厚增加到319 nm时,形成的是面内排列与垂直于基底排列共存的杂化结构,即使当膜厚增加至406 nm时,这种杂化结构仍然保持.而采用非偏振光取向时,即使对于厚度仅为55 nm的薄膜就能获得垂直于基底排列的微相分离结构,且当膜厚增加至406 nm时,这种结构仍然得到保持.这是首次利用非偏振光诱导含PDMS的嵌段共聚物薄膜取向得到PDMS纳米柱垂直于基底的排列,这一取向方法将有助于推动含PDMS的嵌段共聚物薄膜在纳米模板等领域中的应用.     

ABC型嵌段共聚物自组装理论研究进展

嵌段共聚物的自组装为功能性纳米材料的制备提供了一种重要途径. ABC型嵌段共聚物相比于AB型具有更大的参数空间,自组装行为也更加复杂.在实验所合成的三组分嵌段共聚物自组装体系中,已有多种复杂结构被发现,如螺旋超柱、编织图案等,但实验上比较难以直接阐明它们的形成机理.近年来,本课题组运用自洽场理论(SCFT)对ABC型嵌段共聚物自组装进行了系统的研究,聚焦探索其结构参数及拓扑结构对相行为的影响机制.本文介绍了本课题组关于“非受挫”和“受挫”两大类ABC型嵌段共聚物自组装的SCFT研究成果,揭示了一些非经典相的形成机理,并通过合理的分子设计预测了一系列新颖的有序结构.