我國開發(fā)納米尺度“人造分子”原創(chuàng)方法

9月23日，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聶志鴻教授研究團(tuán)隊(duì)在納米“人造分子”制備領(lǐng)域取得突破，打破現(xiàn)有納米粒子精準(zhǔn)組裝調(diào)控困難、產(chǎn)率低下的技術(shù)瓶頸，為制備納米“人造分子”找到新方法。

研究人員通過設(shè)計(jì)聚合物配體間的簡單化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米“人造分子”組裝構(gòu)筑和物理性能的調(diào)控，提出了聚合物誘導(dǎo)納米粒子定向鍵合形成納米尺度 “人造分子”的原創(chuàng)概念。據(jù)聶志鴻介紹，納米“人造分子”材料具有結(jié)構(gòu)精確和性能精準(zhǔn)可控的顯著優(yōu)勢(shì)，給新材料設(shè)計(jì)制造提供了新思路。

具體來講，在傳統(tǒng)的復(fù)合材料中，無機(jī)納米粒子作為填料與聚合物基質(zhì)進(jìn)行共混，這種制備方法對(duì)無機(jī)粒子間相互作用和空間排列的控制是較為有限的，因而制約了人們對(duì)具有精準(zhǔn)序列結(jié)構(gòu)的聚合物復(fù)合材料的性能探索和實(shí)際應(yīng)用。人造“納米分子”材料則是通過簡易的辦法，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料內(nèi)部粒子間相互作用、空間排列、取向方式的精準(zhǔn)調(diào)控，從而有望獲得多級(jí)有序結(jié)構(gòu)可控的新型復(fù)合材料。

在基礎(chǔ)材料科學(xué)研究前沿，精準(zhǔn)控制無機(jī)納米粒子自組裝一直是熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的策略大多是結(jié)合近年來快速發(fā)展的DNA分子技術(shù)，在納米粒子表面預(yù)構(gòu)造具備各向異性且具有分子識(shí)別功能的微區(qū)域，以之模仿原子價(jià)。這些預(yù)構(gòu)筑納米“原子”方法，無論從制作成本，還是量化生產(chǎn)以及制備難度上講，都制約了這類納米粒子團(tuán)簇的進(jìn)一步應(yīng)用。

聶志鴻表示：“我們從分子成鍵的本源找到設(shè)計(jì)靈感，即原子內(nèi)離域的價(jià)電子通過軌道雜化鍵合而形成結(jié)構(gòu)精確的分子，從而設(shè)計(jì)出簡單易得、具有反應(yīng)活性的嵌段共聚物作為配體，對(duì)無機(jī)粒子進(jìn)行均勻修飾作為納米‘原子’，直接從根本上越過了現(xiàn)有技術(shù)存在的難點(diǎn)。我們所制備的納米‘人造分子’具有產(chǎn)率高、制備方法簡單等優(yōu)勢(shì)，具有一定的應(yīng)用轉(zhuǎn)化潛力?！?/p>

回想人造納米材料的研究過程，聶志鴻表示：“當(dāng)時(shí)一個(gè)簡單的方法是利用兩種分別帶有弱酸弱堿官能團(tuán)的聚合物接枝納米粒子，先將兩者混合反應(yīng)形成一定程度上可控的小團(tuán)簇，再進(jìn)一步組裝形成三維有序結(jié)構(gòu)。結(jié)果卻得到可控性超乎預(yù)期的人造‘納米分子’，我們就此進(jìn)行了長時(shí)間深入系統(tǒng)的研究，逐步搞清其中蘊(yùn)含的新組裝機(jī)制。”

聶志鴻表示：“經(jīng)過多年探索，我們對(duì)聚合物修飾的無機(jī)納米粒子在不同環(huán)境下的物理特性有較深刻的認(rèn)識(shí);并對(duì)如何設(shè)計(jì)、利用嵌段聚合物配體調(diào)控?zé)o機(jī)納米粒子在復(fù)合材料體系中的組裝排列方式有自己的一些理解，這都為人造‘納米分子’的成功制備打下了基礎(chǔ)。”

下一步，聶志鴻團(tuán)隊(duì)將著力于程序化構(gòu)建更為復(fù)雜多樣的“人造分子”，深入研究各種納米“人造分子”材料的物理性質(zhì)，力爭填補(bǔ)這一新興研究領(lǐng)域的空白。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也將關(guān)注新材料的智能化響應(yīng)問題，提升材料的可控性。