基于超细纳米线类聚合物特性的自组装调控及性质研究

Polymer and inorganic nanomaterial are so different materials that it is hard to hybrid their properties into one single material. However, approaches to combine these properties from the two distinct materials are highly desired with the rapid development in science and technology. Inorganic ultrathin nanowires, whose amazing size-effects are different from the traditional nanomaterial, attract scientists’ attention, for they are similar with the linear polymer in sub-nano scale and reveal polymer-like properties. Therefore, the polymer-like properties and outstanding inorganic nanomaterial properties of the inorganic ultrathin nanowires provide the opportunity to combination of two distinct materials into single component. The systematic study on correlation between structure and polymer-like properties will be conducted, and the mechanism of inorganic ultrathin nanowire assembly in solution and on substrate will be discussed. The morphology of ultrathin nanowires assemblies will be fine controlled by varying the interfacial force and mechanical rigidity of the nanowires. Further, we propose to extend the assembly mechanism to fabrication of hybrid anisotropic functional materials in solution, and flexible transparent nanofilms on substrate. This project are supposed to make great contribution to methodology study on ultrathin nanowire assembly.

聚合物，无机纳米材料，作为二种性质截然不同的材料，很难将其特性集中于同一结构中。然而，随着科学技术的发展，越来越多的应用需要将这二者的特性集中于一体。这一需求推动着研究者关注一维无机超细纳米线材料。一方面，无机超细纳米线有着传统大尺寸纳米材料所不具有的新颖的纳米效应，另一方面，其在维度上与有机线性高分子已非常相似，并且表现出独特的类聚合物的性质。本项目拟充分利用无机超细纳米线的类聚合物特性和优越的无机纳米材料属性，通过系统的研究超细纳米线本身结构特性与其聚合物性质之间的关联性，深入的探讨超细纳米线在溶液相以及基底上的组装机理，归纳总结其组装规律，重点研究调控界面作用力与超细纳米线自身的机械柔韧性之间的响应来实现对超细纳米线组装结构的控制。并进一步将组装机理拓展至在溶液相制备各向异性的功能杂化材料，和基底上组装柔性透明的功能纳米膜材料。为丰富超细纳米线的组装方法学提供实验依据和基础。

超细纳米材料由于去超高的表面活性，优异的电学、光学以及柔性等优点，使得其作为基本组装单元，在光电器件、高性能电池及高效催化等领域有着广阔的应用前景。因此研究超细纳米材料的组装机理，以及所组装微结构的性能，对于未来应用这些超细纳米材料有着重要的意义。本项目基于超细纳米材料的类聚合物特性，系统的研究了超细纳米线在溶液相中的组装机理，实现了对超细纳米线组装形貌的精确调控，在此基础上，构建了柔性导电膜、柔性电致变色器件、以及柔性锂硫电池隔膜等。另外，超细纳米材料的组装及应用体系还被拓展至超细二维材料，我们系统的研究了二维黑磷烯的钝化，包括通过钝化黑磷烯孤对电子来降低黑磷烯的反应活性，以及表面修饰黑磷烯以隔绝水氧，来提高其环境稳定性。基于黑磷烯的供电子特性，我们还尝试了构建黑磷烯复合材料，并探索了复合材料在气体传感器、光催化等领域的应用。通过本项目的研究为进一步探索超细（一维、二维）纳米材料的功能化及应用提供科学依据及理论基础。