WO3基复合材料的高分子嵌段共聚物微相分离结构复制及光学性能研究

本项目以WO3-Ag,WO3-ZnO等WO3基无机复合材料对高分子嵌段共聚物多形态微相分离结构的复制为研究对象,通过调控不同高分子嵌段共聚物多种微相分离结构，利用化学键、电荷吸引、亲疏水等物理化学作用协同热力学驱动，探索无机材料前驱体与高分子嵌段共聚物分子的不同作用机制对微相分离结构复制的影响，研究其与嵌段共聚物微相分离结构的组装过程，优化反应参数，摸索合适的后处理方式，实现高分子嵌段共聚物微相分离的独特结构向无机复合材料领域的有效拓展和渗透，从而达到两学科的交叉和融合。深入研究该类通过微相分离结构复制获得的具有独特结构的复合材料的光致变色及光催化等光学性质，一方面用于指导实验的进行，提高该类复合材料的可控合成能力，另一方面为具有独特结构的WO3基复合材料在光学领域的大幅度推广应用奠定基础。

本项目的主要目标在于以调控好的高分子嵌段共聚物为模板，制备无机功能纳米材料，并对其性能进行深入研究。在项目研究中，选择了三种不同分子量及嵌段比的PS-b-P4VP嵌段共聚物及一种分子量的PS-b-PMMA嵌段共聚物，系统研究了影响高分子嵌段共聚物微相分离结构自组装有序化的多种因素，摸索了溶解溶剂、熏蒸溶剂、薄膜厚度、衬底等对嵌段共聚物自组装过程的影响规律，获得了多种形态、尺寸各异的嵌段共聚物微相分离结构，详细研究了同一区域的嵌段共聚物PS-PMMA的二维组装过程，掌握了PS-b-PMMA嵌段共聚物分子的自组装规律。以调控好的PS-b-P4VP嵌段共聚物为模板制备了C-WO3和Ag在内的两种功能纳米材料，两种材料皆很好的继承了PS-b-P4VP嵌段共聚物的微相分离结构，实现了对模板结构的有效复制。其中，以嵌段共聚物为模板制备的C-WO3纳米结构，由于结构规整、尺寸小、周期可控，且实现了适量C元素的掺杂，在室温即表现出了优异的H2敏感性能。此外，以嵌段共聚物为模板利用氧等离子刻蚀的方法在还原氧化石墨烯基底上制备的多种Ag纳米结构，研究发现表现出的拉曼增强因子可达10的8次方数量级，远高于一般文献报道，体现出了该种方法制备拉曼增强响应器件的重要意义。综上，本项目基本按照预期进行，达到了预期的目标，仅在性能研究上有所改变和拓展。截至本项目结题，共发表SCI文章11篇，申请专利2项，授权1项，培养硕士研究生5名。本项目结题后，后期工作拟继续利用高分子嵌段共聚物的多种微相分离结构为模板，深入探讨嵌段共聚物形态调控中的规律，充分发挥高分子多嵌段性能迥异且易于形成多种特征结构的优势，制备多种性能优异的气敏传感器及拉曼增强传感器。