有序多孔聚合物膜的制备及孔结构的定向光调控研究

Due to the special structural characteristics, porous polymeric films are widely used in many arears such as separation membranes, optoelectronics, catalysis and biomedical sciences. The static breath figure (BF) approach is one of the efficient methods to fabricate porous polymeric films. It has many advantages such as simple operation, uniform pores and easy modification. However, due to the sole structure and arrangement of the pores, the application of such films is limited. Herein a new method is suggested for manipulation of the film pores. The porous polymeric films formed by azobenzene-containing polymers are prepared by using the static BF approach. As the azobenzene moieties will be migrated under the irradiation of light, the porous structure can be precisely photomanipulatied and rearranged orderly. By this non-contact process, large-scale and defect-free films with virous pores and continous tunable structures will be prepared. In this proposal, the influence of preparation conditions on the porous structures will be investigated through. The deformation mechanism of photomanipulation will be explored. The functionalization of ordered porous films and their applications, such as pattern templates and hydrophobic membranes, will be also carried out. The implementation of this project can provide a new method for structure manipulation and applications of polymeric films.

多孔聚合物膜因其特殊的结构特征，广泛应用于膜分离、光电子学、催化以及生物医学等领域。具有操作简单、结构均匀、易于修饰等优点的静态呼吸图法是多孔聚合物膜的重要制备方法，但孔结构及其排列的单一性限制了它的应用。本项目提出利用含偶氮苯聚合物的光响应特性，在静态呼吸图法制备偶氮苯聚合物多孔膜的基础上，通过光照来精确调控多孔膜的孔结构和取向。通过这种非接触式的调控方法，制备出孔结构多元化和连续可调的大面积无缺陷多孔膜。重点研究静态呼吸图法制备条件对含偶氮苯聚合物多孔膜结构的影响规律，探索光调控孔结构的形变机理，研究有序多孔膜的功能化及其在模板图案化、疏水膜等领域的应用。本项目的顺利实施，将为聚合物膜的结构调控及其应用提供新思路。

本项目利用原子转移自由基聚合（ATRP）、可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）和点击化学(click reaction)等方法，合成了不同拓扑结构和功能性基团的偶氮苯共聚物。采用呼吸图方法，制备了大面积、无缺陷、单畴化的多孔有序聚合物膜，研究了偶氮苯聚合物种类、呼吸图法制备条件（浓度、溶剂、温度、氢键）等对多孔膜结构的影响规律，实现了偶氮苯聚合物有序多孔膜的可控制备。.结合偶氮苯基团在偏振光照射下会发生物质迁移和取向的特点，采用线偏振光或圆偏振光对偶氮苯聚合物有序多孔膜照射，通过改变偏光类型、光照角度和时间等，多孔聚合物膜的孔结构可由圆形孔转变为菱形、矩形、哑铃形、纳米线形等多种新型孔结构，提出并发展了一种非接触式光调控孔结构的新方法，明确了光控机理，制备出了不同尺度和孔结构的有序多孔聚合物膜。.原位交联聚合物多孔膜的可交联基团，构建了光响应双向形状记忆多孔膜。交联的多孔膜具有更好的耐热和耐溶剂性能，光控形变后的多孔膜通过温度退火或紫外光照处理，可回复到初始的孔结构，实现了多孔膜的形状记忆功能。此外，还开展了有序多孔偶氮苯聚合物膜的功能化及应用探索，利用光照孔结构连续可变的特点，可制备出不同孔结构的光掩膜。通过多孔膜的表面改性还可获得不同润湿性能、各向异性表面的多孔聚合物膜。.通过本项目的研究，可为聚合物有序多孔膜的制备、孔结构的设计加工及多孔膜的功能化提供实验和理论依据，丰富了聚合物多孔膜的结构与性能的调控机制，对该类材料的基础研究和实际应用奠定基础。.在本项目的资助下，作为通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Macromolecules、ACS Macro Letters、ACS Appl. Mater. Interfaces等刊物上发表了23篇SCI收录的文章，其中IF>3.0的文章16篇。申请中国发明专利4项。作为第二完成人获得上海市自然科学一等奖1项，并于2016年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金。培养了5名博士研究生（2名已毕业）和8名硕士研究生（均已毕业）。