瑞利不稳定性诱导的一维嵌段共聚物柱状胶束体系的结构调控与多级组装

Understanding and reveal the physical nature of micelle structure formation and transformation is prerequisite for design and control of self-assembled aggregates. In this project, we systematically investigate the micelle structure formation, structural transformation and fragmentation behavior of high-aspect-ratio cylinders based on the Rayleigh instability induced cylinder to sphere transition. The monodisperse cylindrical micelles and hybrid micelles with controlled length and diameters were prepared by precise control of the fragmentation pathway of initial cylindrical micelles. Furthermore, by modifying ionic interaction of such monodisperse cylindrical micelles, it can serve as a new building block to hierarchical assembly into aggregates with good performance. Understanding of such unique structural transformation process can not only enrich the research scope of morphological transitions of micelles, but also enable to tune the path-dependent micelle morphologies via kinetic control.

认识和揭示胶束结构形成及其转变行为的物理本质是对组装体进行有目的地设计和调控的前提条件。本项目在对瑞利不稳定性诱导的一维柱状胶束向球形胶束转变规律认识的基础上，开展高长径比一维柱状胶束结构形成、形貌转变、断裂路径方面的系统研究，通过调控初始柱状胶束的断裂方式制备不同长度和直径的单分散的短柱状胶束及其复合胶束；通过改变短柱状胶束表面电荷相互作用，将其作为新的组装基元，进一步构筑具有优越性能的多级组装体。对这一独特的结构转变模型体系的认识，不仅丰富了胶束形貌转变的可研究空间，还将最终实现利用动力学路径依赖性调控胶束形貌的目的。

结构形成与转变是软凝聚态物理领域一个重要的研究课题。本项目以嵌段共聚物在稀溶液中自组装形成的一维有序结构为主要研究对象，通过认知并调控复杂一维结构的形成与转变动力学路径，取得了以下研究成果：（1）通过调节金属离子前驱体或聚电解质与嵌段共聚物的分子间作用力，我们改变了瑞利不稳定性诱导的自发柱-球形貌转变路径，促使体系采用了一种受限条件下的断裂模式，从而制备得到了长度窄分散的短棒状胶束。此外，有别于传统由小到大的多级结构制备策略，我们还展示了一种先断裂、后组装的构筑嵌段共聚物多级结构的方式。（2）胶束溶液热退火是一种制备规整自组装一维复杂结构的有效方法，而在此过程中胶束形貌转变的路径同时受到热力学因素和动力学因素两方面的影响。通过改变退火时间、聚合物浓度、溶剂组成、聚合物嵌段比例，实现了对胶束聚集形貌及特定胶束形貌尺寸的有效调控。当退火温度处于体系临界转变温度（CTT）以上、临界胶束温度（CMT）以下时，嵌段共聚物胶束经历了松弛-再聚集的动力学转变过程，同时依赖于退火时间而形成的不同松弛程度的聚集体在降温过程中将发生二次聚集。上述研究不仅加深了我们对于特定嵌段共聚物胶束结构形成机制的认识，还丰富了构筑规整一维自组装胶束结构的思路和手段。