原子转移自由基聚合（ATRP）是当前应用最为广泛的活性/可控自由基聚合方法之一,是聚合反应工程领域的研究热点。该技术的核心在于通过控制聚合反应的活化/逆活化平衡,降低体系中自由基浓度,从而抑制自由基终止等副反应。结合光、电、超声等外场调控的手段,对聚合体系的活化/逆活化过程进行调控,可以实现聚合反应过程的时空控制。相比于其他外场调控聚合手段,超声调控的优势在于超声作用可以强化传质,一方面可以加快聚合反应速率,另一方面能够显著减轻由于凝胶效应导致的自动加速现象。然而,当前采用的钛酸钡（BTO）或氧化锌等压电材料压电效率较低,导致聚合反应体系存在压电材料负载量较大、反应活性不高等问题。本项目采用压电系数大,压电转化效率高的钛酸铋钠（NBTO）作为压电转化材料活化二价铜,提出了一种高效的超声调控ATRP方法。相比于现有的文献报道结果,聚合反应过程得到了显著的强化。项目的主要研究内容和创新性研究成果如下:（1）采用NBTO作为压电转换材料,研发了高效、可控的超声诱导ATRP（mechano-ATRP）体系。相比于传统的压电材料,NBTO具有更高的压电系数和压电转换效率。考察了压电材料性质、NBTO负载量、铜催化剂浓度以及目标聚合度对聚合反应动力学的影响。研究结果表明,通过改变矿化剂浓度,可以得到不同形貌的NBTO;当矿化浓度≥16M时,所得NBTO调控性能较为优秀。使用2.5 wt%NBTO,150 ppm铜催化剂,聚合反应2h转化率超过90%,且聚合产物具有高端基保留度、理想分子量及低分散度,相关结果优于文献报道值。NBTO及BTO的电化学阻抗测试结果表明,NBTO在固液界面的电子迁移速率明显高于BTO。此外,通过超声开/关实验验证了mechano-ATRP对超声时空控制的高响应性,扩链实验验证了聚合产物端基功能性的高保留度。（2）基于矩方法建立了超声调控ATRP模型,对NBTO调控的mechano-ATRP进行了动力学模拟研究。通过对前述实验数据进行反向拟合,获取了活化/逆活化反应速率常数(ka/kda)、超声还原反应速率常数(kr,e)等关键动力学参数。结果表明,NBTO的kr,e是BTO的51倍,强化了聚合反应过程,与前述实验结论一致。进一步对mechano-ATRP体系中各物种的浓度、基元反应速率随时间的变化情况进行了模拟,结果表明,聚合反应各物种浓度以及基元反应速率变化符合活性/可控自由基聚合基本规律。此外,对不同聚合度以及不同超声还原反应速率常数kr,e下mechano-ATRP的动力学行为进行了模拟。模拟结果表明引发剂浓度对聚合速率影响不大,但对聚合产物多分散指数及端基保留度有较大影响;kr,e增大可以显著加快聚合反应速率,但对聚合产物分子量及分子量分布影响不大。