高分子纳米胶粒复合体系的可控组装

A new approach to fabrication of colloidal nanoparticle/supramolecular polymeric hybrid systems based on multiple complementary hydrogen bonding and host-guest chemistry is proposed. The building blocks of these systems are polymers bearing specific recognition function on both ends and chemically modified colloidal nanoparticles with complementary recognition functionalities. We aim to build well-defined model systems to illustrate the roles such as type, size and functionalites of colloidal nanparticles, the interaction potential, structures and conformation of polymers on the self-assembly behavior of these systems in solution and bulk. By tuning the system variables, we will investigate dynamic processes of the colloidal particles, their structures，morphologies and　phase behavior in details. The conformation, relaxation of polymer chains in the hybrid system will be also explored. The research is devoted to establish the relationship between the microstrutures, dynamics of polymeric hybrid system and its macroscopic perporties, and to provide an experimental base for theoretical and simulation work. This research will be fundamentally important to designing novel polymeric nanocompiste material and its application.

基于多重互补氢键和主客体化学这两类非共价键超分子识别作用，设计合成末端修饰有特定识别功能的高分子和表面修饰有相应互补识别功能基团的纳米胶粒体系；并以此为构筑基元，发展制备具有高度可调控性的新型纳米胶粒/高分子超分子复合体系。通过对纳米胶粒的种类、尺寸，功能化数目及其与高分子的相互作用，高分子的长度、结构等参数系统和精确的控制，研究新型纳米胶粒复合体系在溶液和本体的组装过程；胶粒的动态过程，聚集态结构和相态等物理特征；复合体系中高分子链的构像、弛豫过程；建立复合体系微观结构、动态学与宏观性质的内在联系；为理论、计算机模拟提供实验依据。该研究可为发展制备新型高分子纳米复合材料提供新的思路和研究基础。

高分子纳米复合材料的可控组装和性质调控具有非常重要的学术和应用价值。本项目致力于构建高度可调控的纳米胶粒/高分子超分子复合体系。我们设计合成了一系列基于三重互补氢键作用、主客体化学和金属配体络合作用，结构明确的非共价键超分子基元及其高分子，以及表面修饰有相应互补识别功能基团的纳米颗粒；发展制备了多种新型的、基于超分子识别作用的纳米胶粒复合体系，包括嵌段聚合物相分离纳米硬球超分子复合体系，以及通过共聚反应动力学对颗粒在高分子链中的分布进行了调控。我们对它们在溶液和体相中形成复合物的组装过程、结构相态、动态行为和力学性质进行了系统的表征和研究；揭示了超分子识别作用的强度与动态过程、高分子链的长度及其构像、纳米胶粒的大小和功能化等对复合体系聚集态结构和物理性质的影响。我们在基于氢键的超分子高分子体系中观测到了特殊的德拜介电弛豫现象并系统研究了其形成的根源；利用准二维粒子示踪显微研究了主客体相互作用的结合和解离动力学；通过阴离子聚合在高分子末端引入功能化超分子基元及其与多种金属离子的络合作用，设计制备和系统研究了基于金属配体络合作用的超分子嵌段聚合物硬球体系，为发展制备新型高分子纳米复合材料包括在热塑性弹性体方面的应用提供了新的思路和研究基础。