嵌段共聚物自组装及其在纳米材料制备中的应用(上)

嵌段共聚物分子链中，嵌段间的相互热力学不相容性及化学键相连接性，使体系发生自组装，通过适当的分子及体系设计，嵌段共聚物体系能够自组装形成丰富的周期性有序微结构。本文概要地总结了嵌段共聚物体系主要的三方面自组装物理行为：本体自组装、在选择性溶剂中的缔合，及薄膜自组装，同时，介绍了这三方面的一些新的研究进展。     

基于嵌段共聚物的纳米材料

嵌段共聚物由于具有自组装的特性，在制备纳米材料方面已引起研究者的广泛关注。本文综述了基于嵌段共聚物自组装制备纳米材料的研究进展，包括嵌段共聚物直接用作纳米材料、嵌段共聚物用作模板制备纳米材料、嵌段共聚物纳米复合材料等，并对其发展前景进行了展望。     

经两亲嵌段共聚物自组装制备纳米胶束

本文介绍两亲嵌段共聚物的合成,综述了经两亲嵌段共聚物自组装制备纳米胶束的研究进展,并对该领域的发展趋势进行了展望。     

嵌段共聚物调控纳米粒子自组装的研究进展

嵌段共聚物和纳米粒子复合纳米材料具有优异的性能,在生物医药、光电材料、催化材料等领域具有很大的应用价值,已成为备受关注的研究热点.利用嵌段共聚物自组装能够形成特定形态的纳米结构聚集体,将纳米粒子选择性的分布和定位于嵌段共聚物聚集体中,可以改善纳米粒子的性能及其应用.本文综述了近年来实验上利用自组装制备嵌段共聚物-纳米粒子复合纳米材料的方法,并总结分析了影响纳米粒子在嵌段共聚物聚集体中的分布和定位的各种因素,包括纳米粒子的大小、形状及其表面化学.最后总结了嵌段共聚物-纳米粒子的自组装在理论模拟方面的研究.     

两亲嵌段共聚物溶液自组装新进展

综述了两亲嵌段共聚物在溶液中自组装的新进展，重点介绍了两亲嵌段共聚物自组装聚集体中棒状、蠕虫状、囊泡、洋葱和实心洋葱等几种新形态的特点和形成机理；另外对两亲嵌段共聚物溶液自组装在光电、药物释放、靶向以及作为基因工程载体方面的应用前景及两亲嵌段共聚物聚集体的制备方法作了详细的评述。     

水相光引发聚合诱导自组装制备嵌段共聚物纳米材料

本文以聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)作为大分子链转移剂、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)为单体、苯基钠盐-三甲基苯甲酰亚磷酸盐(SPTP)为引发剂,通过水相光引发可逆加成-断裂链转移(RAFT)分散聚合制备了一系列PGMA-b-PHPMA共聚物纳米材料。考察了水相光引发聚合诱导自组装的反应动力学,在温和条件下(水相、可见光和室温)成功得到不同形貌的聚合物纳米材料(球形、纤维和囊泡),并进一步探究了反应条件对嵌段聚合物形貌的影响。聚合反应的激活或暂停都可以通过对光源的简单"开/关"进行控制。     

反应性嵌段共聚物自组装制备无机纳米粒子研究进展

具有"核-壳"结构的嵌段共聚物胶束具有广泛的用途.本文介绍了反应性嵌段共聚物的自组装技术应用于制备具有独特的光、电、磁等以及催化特性的无机纳米粒子,特别是介绍了近年来在制备纳米贵金属粒子的研究进展.     

嵌段共聚物在本体中自组装形态的研究进展

综述了两嵌段和三嵌段共聚物在本体中自组装形态的研究进展,主要包括由两嵌段共聚物形成的螺旋状形态;由三嵌段共聚物形成的CsCl晶格型排列的球状形态、立方体心堆积的同心球状形态、层-球形态、柱-球形态、柱-环形态、同轴柱状形态、六角排列的柱状形态、层-柱形态、层-柱-Ⅱ形态、有序三连续双金刚石状形态、核-壳双螺旋状形态、层状形态,以及更加复杂的蘑菇状形态、球嵌球形态、编织图案形态等.并对其发展前景进行了展望.     

嵌段共聚物自组装的研究进展

嵌段共聚物自组装在光学、电子、信息、化学及生物领域有着广泛的应用前景.本文从实验观测、理论研究和计算机模拟三个方面概述了嵌段共聚物自组装领域的研究进展.在实验观测方面,着重介绍了嵌段共聚物在体相及膜中的自组装及外场调控作用方面的研究进展;理论方面则分别介绍了强分相理论、弱分相理论、自洽场理论、动态密度泛函方法和元胞动力学等在嵌段共聚物自组装领域的应用;计算机模拟方面就 Monte Carlo 模拟、耗散粒子动力学等方法在该领域的应用作了详细的阐述.     

嵌段共聚物自组装的研究进展

自组装是分子间通过非共价键相互作用自发组合形成的一类结构明确、稳定,同时具有某种特定功能或性能的分子聚集体或超分子结构的现象.嵌段共聚物不仅可以在本体中自组装,还能在溶液中自组装.本文综述了嵌段共聚物在溶液中自组装的规律及其主要影响因素,包括嵌段共聚物链段长度、选择性溶剂的性质、嵌段共聚物的浓度、溶液的pH值等;并介绍...     

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.     

嵌段共聚物溶液自组装制备纳米管状聚集体

作为一种新型材料,具有独特一维空心结构的纳米管受到了越来越多的关注。与研究较为广泛的碳纳米管和两亲性小分子纳米管相比,聚合物纳米管在尺寸范围、内外表面功能化及结构稳定性等方面具有优势。本文总结了嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装形成纳米管状聚集体的最新研究进展。根据形成纳米管状结构的嵌段共聚物链段的性质,可将其划分为柔性-柔性嵌段共聚物、刚性-柔性嵌段共聚物,以及具备特殊结构的类嵌段共聚物三大类。针对每一类体系,重点归纳了管状结构的制备方法、结构表征和形成条件等研究现状,并概括总结了制备此类一维空心结构的理论依据。最后,对嵌段共聚物纳米管潜在的应用价值和今后可能的发展方向进行了展望。     

二茂铁基嵌段共聚物制备及自组装研究

本文综述了近年来二茂铁基嵌段共聚物制备及自组装的研究进展.对环状二茂铁单体的活性阴离子引发开环聚合(ROP)、过渡金属催化开环聚合(ROP)及聚合机理和聚合物自组装胶束的结构、表征和潜在应用作了介绍.     

嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装过程的计算机模拟

嵌段共聚物由于各嵌段性质不同,在选择性溶剂中能够自发地组装形成众多形态结构各异的纳米结构,如纳米级的球状、棒状、环状、片层状、囊泡及复合胶束等。这些胶束结构在药物传输、催化、电子信息等众多领域都有潜在的应用价值。通过计算机模拟可以在线监控嵌段共聚物的组装过程、揭示其组装机理,明确各种因素对组装结构的影响规律,为实验研究提供思路和理论支持,因此越来越受到人们的广泛关注。本文主要综述了通过计算机模拟对嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装研究的一些最新进展,详细讨论了影响嵌段共聚物自组装过程和胶束形貌的各种因素,并对这个领域未来的发展进行了展望。     

嵌段共聚物薄膜快速自组装方法

嵌段共聚物 (BCP) 薄膜可通过不同的退火方法诱导其微相分离,从而获得大面积圆柱状、层状和球状等纳米图案。这些长程有序的纳米结构形态,已经广泛应用在纳米光刻和电子器件等多个领域中。目前,有效且快速的退火方法仍然是BCP薄膜自组装技术中的研究热点。本文首先介绍了制备BCP薄膜纳米结构图案常用的退火技术,然后综述了三种新型快速退火技术,最后分析总结了这些退火技术的优缺点。     

桥连对嵌段共聚物自组装的调控

通过嵌段共聚物自组装形成"桥连"是制备具有优异力学性能的网络结构的有效途经,具有重要的应用价值.但是,过去的研究工作很少讨论"桥连"对嵌段共聚物自组装行为本身的影响.该研究评论主要总结了最近几年利用"桥连"对嵌段自组装行为进行调控的工作进展.作者设计了BABCB三组分线性多嵌段共聚物,当其自组装形成二元"介观晶体"(球、柱)结构时,中间B嵌段连接A和C相区(嵌段聚集成的"大原子"),自然地形成桥连;减小中间桥连B嵌段的相对长度,就可以增加其拉伸程度,从而降低介观晶体的配位数;另外,两个末端B嵌段的相对长度可以直接调控A和C"大原子"之间的相对配位数.基于这两个机理,自洽场理论计算预测了各种配位数相等和不相等的二元介观晶体结构.进一步,将"拉伸桥连"概念拓展到AB型嵌段共聚物体系中,并且通过多臂星型嵌段共聚物分子结构中的"组合构型熵效应"在AB型嵌段共聚物中形成高比率的桥连构型,使传统的六角柱状结构转变为了四配位的四方柱状和三配位的石墨烯类柱状结构.未来,在ABC三组分嵌段共聚物体系的设计中引入拓扑结构以及使用共混等方法,有望在介观尺度重铸大多数已知的原子/离子二元晶体结构,甚至超越原子...     

聚苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物在Ca~(2 )或乙二胺存在下的自组装行为

近 1 0年来 ,人们对于具有纳米尺度聚合物自组装结构的研究日益增多 .其中 ,嵌段共聚物在选择性溶剂中的胶束行为的研究非常引人瞩目 [1～ 3] .其表现出诸多常规尺寸所不具备的特殊性能 ,使得纳米胶束不仅在理论上有研究价值 ,而且在材料化学、生物医学和环境科学等领域都具有广阔的应用前景 .Ma等[4 ] 对聚丙烯酸和聚苯乙烯接枝共聚物的研究发现聚合物接枝率和聚合物浓度以及溶液离子强度对胶束结构有影响 ;Zhang等 [1,5] 对不同嵌段比例的苯乙烯 -丙烯酸嵌段共聚物的自组装行为的研究 ,发现不同嵌段比例所对应的纳米结构不同 ;而胶束表面…     

嵌段共聚物受限自组装的实验研究进展

嵌段共聚物有着丰富的相行为,在本体中会发生微相分离形成球形、柱形、双连续形和层状结构.当嵌段共聚物被限制在一定的空间几何中且空间几何特征尺寸与嵌段共聚物的平衡周期相近时,自组装过程会受到强烈的影响而形成与本体不同的自组装结构.本文从实验研究方面总结了限制因素和边界条件对嵌段共聚物受限自组装过程的影响,并指出了当前存在的一些问题以及今后的发展方向.     

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.     

PS-PMMA嵌段共聚物/PMMA在选择性溶剂中的自组装行为

用动态光散射和透射电镜研究了嵌段共聚物聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)和其对应的均聚物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在选择性溶剂四氢呋喃/环己烷(THF/CYH)中的自组装行为.选择性溶剂对PS嵌段是良溶剂,对PMMA嵌段和均聚物PMMA是非良溶剂,实验结果表明,在适当的分子量及组成条件下,PS-PMMA/PMMA在选择性溶剂中形成了单分散的纳米胶束,均聚物PMMA与PMMA嵌段一同形成了胶束的核,通过控制均聚物PMMA的量可以在较大的范围内调整胶束的尺寸.