我开发纳米尺度“人造分子”原创方法   

打破精准组装调控困难、产率低下技术瓶颈

  中化新网讯 9月23日,记者在采访复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室聂志鸿教授时了解到,聂志鸿研究团队在纳米“人造分子”制备领域取得突破,打破现有纳米粒子精准组装调控困难、产率低下的技术瓶颈,为制备纳米“人造分子”找到新方法。

  研究人员通过设计聚合物配体间的简单化学反应,实现了对纳米“人造分子”组装构筑和物理性能的调控,提出了聚合物诱导纳米粒子定向键合形成纳米尺度 “人造分子”的原创概念。据聂志鸿介绍,纳米“人造分子”材料具有结构精确和性能精准可控的显著优势,给新材料设计制造提供了新思路。

  具体来讲,在传统的复合材料中,无机纳米粒子作为填料与聚合物基质进行共混,这种制备方法对无机粒子间相互作用和空间排列的控制是较为有限的,因而制约了人们对具有精准序列结构的聚合物复合材料的性能探索和实际应用。人造“纳米分子”材料则是通过简易的办法,实现对复合材料内部粒子间相互作用、空间排列、取向方式的精准调控,从而有望获得多级有序结构可控的新型复合材料。

  在基础材料科学研究前沿,精准控制无机纳米粒子自组装一直是热点。现有的策略大多是结合近年来快速发展的DNA分子技术,在纳米粒子表面预构造具备各向异性且具有分子识别功能的微区域,以之模仿原子价。这些预构筑纳米“原子”方法,无论从制作成本,还是量化生产以及制备难度上讲,都制约了这类纳米粒子团簇的进一步应用。

  聂志鸿表示:“我们从分子成键的本源找到设计灵感,即原子内离域的价电子通过轨道杂化键合而形成结构精确的分子,从而设计出简单易得、具有反应活性的嵌段共聚物作为配体,对无机粒子进行均匀修饰作为纳米‘原子’,直接从根本上越过了现有技术存在的难点。我们所制备的纳米‘人造分子’具有产率高、制备方法简单等优势,具有一定的应用转化潜力。”

  回想人造纳米材料的研究过程,聂志鸿表示:“当时一个简单的方法是利用两种分别带有弱酸弱碱官能团的聚合物接枝纳米粒子,先将两者混合反应形成一定程度上可控的小团簇,再进一步组装形成三维有序结构。结果却得到可控性超乎预期的人造‘纳米分子’,我们就此进行了长时间深入系统的研究,逐步搞清其中蕴含的新组装机制。”

  聂志鸿表示:“经过多年探索,我们对聚合物修饰的无机纳米粒子在不同环境下的物理特性有较深刻的认识;并对如何设计、利用嵌段聚合物配体调控无机纳米粒子在复合材料体系中的组装排列方式有自己的一些理解,这都为人造‘纳米分子’的成功制备打下了基础。”

  下一步,聂志鸿团队将着力于程序化构建更为复杂多样的“人造分子”,深入研究各种纳米“人造分子”材料的物理性质,力争填补这一新兴研究领域的空白。同时,团队也将关注新材料的智能化响应问题,提升材料的可控性。

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