嵌段共聚物乳液液滴的界面不稳定现象机理与微结构调控

聚合物微结构材料由于其特殊的尺寸和结构在许多领域（如医药工程、电子信息等）起到了关键的作用。本项目将以溶有两亲性嵌段共聚物的油/水乳液液滴为研究对象，围绕溶剂挥发过程中液滴的界面不稳定现象及共聚物的界面组装行为开展工作。运用微流控技术制备尺寸均一、可控的乳液液滴，系统研究溶剂性质、溶剂挥发速率、表面活性剂性质、物质传递等因素对界面不稳定现象及组装体结构的影响，通过"捕获"界面不稳定过程中的亚稳态结构来探讨组装体形态演化规律。在线测定溶剂挥发过程中液滴的油/水界面张力，分析其变化规律及与液滴内聚合物浓度间的关系，弄清界面张力与界面不稳定现象之间的内在联系。在此基础上揭示液滴界面不稳定现象的物理机制，建立和完善通过界面不稳定过程来制备形态、尺寸可调的聚合物微结构的方法，为聚合物微结构材料的设计制备、结构调控和功能化提供科学依据。

本项目通过微流控技术制备出尺寸均一、可控的油/水乳液液滴（乳滴）。系统研究了溶剂挥发速率、表面活性剂性质、聚合物性质等因素对聚合物乳滴界面不稳定现象及组装体结构的影响，通过“捕获”界面不稳定过程中的亚稳态结构来探讨组装体形态演化规律。搭建了在线测定微米级乳滴界面张力的装置，并在线测定了溶剂挥发过程中液滴的油/水界面张力，详细探讨了界面张力与界面不稳定现象之间的内在联系。取得的重要研究成果如下：.1）搭建了毛细管微流控装置和测定微米级乳滴界面张力的毛细管测定仪。实现了尺寸均一、可控的溶有聚合物的乳滴的制备和尺寸调节。同时，实现了微米级乳滴界面张力的在线测定，弥补了传统方法难以在线测定微米级乳滴界面张力的不足。.2）实验上阐明了油/水乳滴界面不稳定现象的机理。通过毛细管吸入法在线测定了乳滴界面张力。并在此基础上，系统测定了溶剂挥发过程中液滴界面张力的变化规律，并与液滴内聚合物浓度关联，阐明了乳滴界面不稳性现象的机理是两亲性物质不断向油/水界面迁移，从而使液滴界面张力不断减小至接近于零。.3）系统研究了表面活性剂种类和浓度，液滴中溶剂挥发速度，溶液pH值，聚合物性质等对乳滴界面不稳定现象及最终聚合物微结构的影响规律。结果表明，乳滴界面不稳定现象是一种动力学控制的过程，调节溶剂挥发过程中的实验参数（溶剂挥发速度、温度、表面活性剂种类及浓度等）均可实现对液滴界面不稳定现象及最终聚合物微结构的调节；在此基础上提出了一种新的制备表面粗糙度可调的聚合物微球的方法：即在油相中加入助表面活性剂，从而协同降低油/水界面张力至接近于零，诱导乳滴界面不稳定现象的发生，该方法可适用于多种疏水性聚合物，具有良好的普适性。.4）将乳滴界面不稳定过程与溶胶-凝胶化学相结合，使发生不稳定现象的聚合物组装体“冻结”，一方面通过分析这些亚稳态结构明晰聚合物在界面不稳定过程中的组装体形态演化过程，另一方面得到了聚合物/无机杂化材料，该材料具有新颖的结构，是传统的制备方法无法得到的。.5）圆满完成了项目的研究内容，实现了预期研究目标，部分研究内容超出了研究计划范围，成为项目的延伸和补充。共发表相关论文15篇，在国内/国外会议上做相关学术报告17次（其中邀请报告11次），培养研究生5名，申请发明专利2件（其中1件已授权）。