紫外光引发聚合诱导自组装及其在金纳米材料杂化体系构筑中的应用

来源 :中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuleismx
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纳米材料由于具有量子尺寸效应和表面效应等,因而表现出一系列独特的力学、光学、电学、磁学及催化等性能,从而使其在诸多领域中得到日益广泛的应用。在众多纳米材料中,嵌段共聚物纳米粒子和金纳米粒子是研究最为广泛和深入的两大类纳米材料。近年来,如何将这两类纳米粒子进行杂化从而制备出兼有两者共同性质的杂化纳米材料引起了世界科学家的研究兴趣。在本论文中,我们基于自己开发的紫外光(UV)引发可逆-加成断裂链转移(RAFT)聚合诱导自组装(PISA)的方法,以嵌段共聚物(BCPs)和金纳米粒子为研究对象,系统地研究了嵌段共聚物、嵌段共聚物和金纳米球(Au NPs)、嵌段共聚物和金纳米棒(Au NRs)的自组装行为,阐明了基于嵌段共聚物/金纳米粒子复合纳米粒子形成的原因及转变的机制,从而得到了具有特定功能和新颖结构的自组装纳米复合材料,为功能性复合材料的设计和制备提供了新的方法。我们的主要研究内容为:1.紫外光引发RAFT聚合诱导自组装研究通过UV光聚合在室温(25 oC)条件下原位制备出形貌均匀的聚(4-乙烯基吡啶)-b-聚苯乙烯(P4VP-b-PS)胶束纳米粒子。此外,通过改变苯乙烯(St)的用量可以调控聚合物胶束的大小,当使用较高含量的St可以得到更大粒径的聚合物胶束纳米粒子。但该方法也有一定的缺点,即苯乙烯转化率不高,从而不能实现高级形貌的转变。在二次热引发聚合实验中发现将通过UV光聚合诱导自组装制备的聚合物胶束可以在80 oC下继续进行二次生长,这不仅证明了胶束残留的AIBN可以继续用于热引发聚合,还证明了UV光没有对RAFT试剂的三硫酯键产生破坏作用。2.紫外光引发RAFT PISA在Au NPs杂化体系构建中的研究利用UV光引发RAFT PISA成功实现了各向同性Au NPs的杂化,并方便地制备出均匀的不对称Janus Au NPs/P4VP-b-PS纳米杂化材料。通过提高含水量可以避免金纳米粒子在聚合过程中的团聚现象。通过调控Au NPs@P4VP的量可以制备出产率为100%的杂化比为1:1的Janus Au NPs/P4VP-b-PS杂化纳米粒子。TEM和SEM结果表明Au NPs纳米粒子一面裸露在外面,一般镶嵌在嵌段共聚物P4VP-b-PS的外层P4VP里面。另外,通过原位TEM,UV-Vis等表征手段研究杂化过程证明其是一种在金表面胶束化生长的过程。3.紫外光引发RAFT PISA在Au NRs杂化体系构建中的研究通过UV光引发RAFT PISA成功实现了各向异性Au NRs的杂化并制备出哑铃状P4VP-b-PS@Au NRs@P4VP-b-PS纳米杂化材料。与制备Janus Au NPs@P4VP-b-PS纳米杂化胶束类似,通过调控端基聚合物修饰的Au NRs@end-P4VP种子的量可以成功地制备出均一的哑铃状P4VP-b-PS@Au NRs@P4VP-b-PS纳米杂化粒子。TEM结果表明Au NRs纳米粒子的侧面裸露在外面,端面镶嵌在嵌段共聚物P4VP-b-PS的外层P4VP里面。此外,通过调控St的用量和聚合时间可以调控聚合物胶束P4VP-b-PS部分的大小,从而制备出具有不同粒径大小的哑铃状P4VP-b-PS@Au NRs@P4VP-b-PS杂化纳米材料。
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