共轭嵌段聚合物溶液自组装中的维度调控与形貌研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinghong_22
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“自下而上”的自组装方法由于具有低能耗、易重复、低成本和操作简便等优点,近年来成为一种新兴的微纳材料制备手段,引起研究者们的广泛关注。该方法已经被用于制备具有不同功能、不同结构的微纳材料,并且在关于高对称二维超分子结构的可控制备中已取得了一些突破性进展。然而,对于组装体的形貌、尺寸以及维度的精确控制仍旧是一个很大的挑战。本文中使用了具有功能性的共轭嵌段共聚物PPV9-b-P2VPn,通过“溶解——降温——陈化”过程这种简单的工艺制备了不同维度、不同结构的荧光非晶胶束。进一步地,通过调节共聚物的嵌段长度比、PPV链段的侧链基团以及溶剂的种类,可以实现对组装体形貌及维度的调控。实验结果揭示出:PPV9-b-P2VPn在溶液中首先生长成为细小的一维线形胶束,然后继续生长并转化为最终的胶束形貌,其中包括一维向二维的转变,而这种转变主要是由PPV9嵌段间的π-π相互作用进行驱动。本工作的主要内容包括:设计与合成不同嵌段长度比的PPV-b-P2VP两亲性嵌段共聚物;利用“溶解——降温——陈化”的简单溶液过程,使用两亲性嵌段共聚物分子PPV9-b-P2VPn在不同溶液中制备得到了不同形貌、不同维度的缎带胶束、线形胶束、“墨滴”效果的花状胶束以及还未在非晶态材料中出现的“围脖”状胶束,说明了不同的嵌段比、PPV嵌段的侧链基团以及不同的溶剂会影响组装体的形貌与维度,同时溶剂对于共聚物分子的组装速度有重要影响;通过对不同溶液中的不同样品的生长过程进行原位跟踪,发现其生长过程表现出一致性,均是首先生长成为细小的一维线状胶束,然后再逐渐生长为最终的胶束形貌,其中包括由一维向二维转变的过程;对样品进行了紫外-可见吸收光谱表征,探究了PPV9-b-P2VPn在不同溶剂中随温度、陈化时间的变化,吸收的蓝移说明溶液中胶束的自组装是共聚物分子中的PPV9嵌段间的H-聚集所驱动的,证明了胶束的生长驱动力来自于PPV9嵌段间的非结晶作用的π-π相互作用力。通过上述研究,证实了通过π-π相互作用与亲疏水作用,将嵌段共聚物PPV9-b-P2VPn组装成不同形貌、不同维度的微纳结构的策略是简单可行的,并有望应用于其他的共轭嵌段共聚物体系。由此,不仅可以拓宽自组装构筑微纳米胶束的体系范围,还有望能够像结晶驱动自组装一样,实现一定程度的多级自组装并获得丰富的组装形貌。此外,由于这些胶束拥有高稳定性、柔性、较大的比表面积、足够的荧光效率与可功能化等优点,使得其在生物传感、催化、模板构筑、纳米光电子、生物成像及癌症治疗等领域具有巨大的应用潜力。
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