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　　工學(xué)院于海峰課題組液晶與高分子復(fù)合材料的多層級微結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑和光調(diào)控研究取得進(jìn)展

　　多層級微相結(jié)構(gòu)在納米模板、納米印刷和信息防偽等領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用前景，近年來受到研究者的廣泛關(guān)注。由于液晶基元具有“刺激響應(yīng)”特性，因此將液晶作為功能基團(tuán)引入到嵌段共聚物中，可以使大面積規(guī)整納米結(jié)構(gòu)的制備與調(diào)控成為可能。但是，目前液晶與高分子復(fù)合材料的多層級微納結(jié)構(gòu)的研究仍然面臨一些困難：一是隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米科學(xué)對結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和精細(xì)的納米器件的需求也更加迫切，因此多層級的納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑也成為近來的高分子復(fù)合材料領(lǐng)域的研究難點(diǎn)和研究熱點(diǎn);二是實(shí)現(xiàn)室溫下能迅速、可逆、精確地對上述復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控仍然面臨著挑戰(zhàn)。近日，北京大學(xué)工學(xué)院于海峰">于海峰課題組對以上兩個(gè)問題提出了相應(yīng)的解決思路。

　　在前人工作的基礎(chǔ)上，該組將脲鍵引入到一種含有偶氮苯液晶基元的液晶嵌段共聚物中。在微相分離的過程中，脲鍵與該液晶嵌段共聚物的分散相和連續(xù)相均能形成氫鍵作用。這種超分子鍵與嵌段共聚物中各嵌段的相互抑制的共同作用下，影響了退火過程中分散相的組分從各向同性溫度冷卻到室溫時(shí)的結(jié)晶過程。從而得到了一個(gè)非晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)共存的相疇。在未進(jìn)行任何摻雜的情況下，僅利用液晶與高分子本身的氫鍵作用，實(shí)現(xiàn)了尺寸在10 nm以下的層級納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑(圖1)。這部分工作發(fā)表在了Macromolecular Rapid Communications上。

　　另一方面，對于本身不能形成氫鍵的液晶與高分子復(fù)合物，摻雜是一種簡單而可靠的策略來實(shí)現(xiàn)這這種多層級的納米結(jié)構(gòu)。摻雜劑作為氫鍵的給體，液晶聚合物分子作為氫鍵的受體。一方面選用的摻雜劑的對嵌段共聚物的兩個(gè)組分都存在一定的作用，另一方面摻雜劑的手性也會借助氫鍵的傳導(dǎo)作用對液晶與高分子的組裝產(chǎn)生影響。由于手性摻雜劑與共聚物的分散相具有較好的相容性，因此會優(yōu)先發(fā)生作用并誘導(dǎo)出螺旋的納米柱結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化熱退火時(shí)間以及摻雜劑的含量，可以使手性向連續(xù)相發(fā)生轉(zhuǎn)移并進(jìn)一步誘導(dǎo)出連續(xù)相的聚集手性。此外，偶氮苯基團(tuán)的液晶特性對于這種手性誘導(dǎo)的超分子組裝結(jié)構(gòu)也具有很重要的影響。根據(jù)課題組提出的超分子協(xié)同作用機(jī)制，連續(xù)相中液晶的組裝和取向在微相分離形成規(guī)整的納米結(jié)構(gòu)的過程中扮演著重要作用。對于連續(xù)相的聚集手性來說，液晶的光致相變會導(dǎo)致聚集態(tài)手性的破壞。同時(shí)，由于相變發(fā)生在連續(xù)相中，會進(jìn)一步改變該體系中的自由體積，誘導(dǎo)聚合物鏈段的再組裝，使沿基板面內(nèi)排列的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇诨迕嫱馀帕械募{米組裝。并且通過熱退火可以使得上述聚集手性回復(fù)。從而提供了一種簡單有效的構(gòu)筑及調(diào)控多層級納米結(jié)構(gòu)的策略(圖2)。這一工作發(fā)表在了Angew. Chem. Int. Ed.上。

　　上述工作的第一作者是工學(xué)院博士生黃帥，通訊作者為于海峰">于海峰研究員，該研究得到國家自然科學(xué)基金委等經(jīng)費(fèi)支持。

　　參考文獻(xiàn)

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　　Huang, Shuai; Pang, Linlin; Chen, Yuxuan; Zhou, Liming Zhou; Fang, Shaoming*; Yu, haifeng*, Macromolecular Rapid Commun. 2018, 39(6), 1700783 (DOI: 10.1002/marc.201700783).

　　Huang, Shuai; Chen, Yuxuan; Ma, Shudeng; Yu, Haifeng* “Hierarchical Self-Assembly in Liquid-Crystalline Block Copolymers Enabled by Chirality Transfer” Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 2018, 57(38), 12524-12528

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