北理工課題組在液晶嵌段共聚物可控自組裝及應(yīng)用方面取得研究進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-09-21 供稿：材料學(xué)院 李霄羽、金碧鑫 攝影：材料學(xué)院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數(shù)：
近日，北理工材料學(xué)院李霄羽課題組提出了一種基于液晶嵌段共聚物原位成核-生長(zhǎng)可控自組裝及其應(yīng)用的新策略。相關(guān)成果以“Controllable One-Step Assembly of Uniform Liquid Crystalline Block Copolymer Cylindrical Micelles via Tailored Nucleation Growth Process and Their Applications as Tougheners”為題，發(fā)表于著名期刊Angewandte Chemie-International Edition。材料學(xué)院博士生胡玲娟為該論文的第一作者，李霄羽教授和金碧鑫博士為論文的通訊作者。
如何制備尺寸均一且可控的納米結(jié)構(gòu)，尤其是如何通過簡(jiǎn)單高效的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)納米結(jié)構(gòu)尺寸的精確控制，在基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面一直是化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。然而，通常的精確自組裝方法需要多步驟的組裝過程，包括預(yù)先制備具有多分散長(zhǎng)度的柱狀膠束、物理破碎成短膠束（種子）和外延生長(zhǎng)等過程，這使得制備過程極為復(fù)雜，嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步的應(yīng)用研究。
鑒于此，北京理工大學(xué)的李霄羽教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種通過控制原位“成核-生長(zhǎng)”過程將液晶嵌段共聚物一步組裝形成長(zhǎng)度精確可控柱狀膠束的新型精確可控組裝方法。通過調(diào)節(jié)組裝條件，所得到的柱狀膠束長(zhǎng)度可在幾十納米到幾微米之間進(jìn)行精確控制。作者深入研究了影響成核-生長(zhǎng)過程中熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的各種因素，如熱分散溫度、熱分散時(shí)間、攪拌速率、濃度和溶劑組成等。研究發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)節(jié)溶劑環(huán)境有效增強(qiáng)或抑制膠束的成核過程，進(jìn)而產(chǎn)生更短或更長(zhǎng)的均一柱狀膠束。利用這種策略，能夠在超過四個(gè)數(shù)量級(jí)的濃度范圍內(nèi)制備尺寸可控且長(zhǎng)度極為均一的柱狀膠束。
利用這種組裝策略，作者在高濃度下批量制備了多種不同長(zhǎng)度的柱狀膠束，將其用于增韌有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）基體材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有長(zhǎng)度的柱狀膠束均顯示出優(yōu)異的增韌效果。更為有趣的是，作者首次觀察到膠束增韌效果具有顯著的長(zhǎng)度依賴性：當(dāng)膠束摻雜量為2 wt%時(shí)，增韌能力最佳的是長(zhǎng)度為947 nm的柱狀膠束，可以使得PMMA基體材料的韌性提高至原有值的4.2倍。當(dāng)膠束的摻雜量為1 wt%和0.5 wt%時(shí)，增韌能力最佳的膠束分別為681 nm和305 nm的膠束。與其他增韌劑相比，這種增韌劑只需極少量便可達(dá)到極佳的增韌效果，同時(shí)摻雜后的PMMA基體材料依然保持有較高的透明性。這一研究結(jié)果充分證明了精確自組裝在應(yīng)用方面的意義。
全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310022
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