[01615181]聚合物复合体系微相结构的调控研究

聚合物复合体系的力学、电学和光学等物理性质与其微相结构密切相关，如何通过有效手段和方法，实现微相结构的设计与控制，是一个重要的课题。该项目采用自洽场/混合粒子场及密度泛函方法深入地研究了嵌段聚合物/纳米粒子体系在两环受限和圆筒受限下的自组装，发现体系结构失措、嵌段对称性、粒子体积分数对微相结构有重要影响，可以通过调节纳米颗粒和嵌段共聚物之间的焓和熵的作用来实现体系微相结构的控制。研究结果对于聚合物复合材料的制备和纳米电缆、电容器等器件的设计有指导意义。论文被美国工程院院士Edward Kramer教授、美国艺术与科学院院士Fredrickson教授引用，也被国际著名杂志《Chemical Society Reviews》引用。项目研究了外电场驱动下的聚合物纳米粒子复合体系自组装，发现外电场振荡强弱可以导致平行外场方向和垂直外场方向两种条纹结构，这是粒子振荡运动与聚合物相分离协同作用的结果。还发现随机的外场作用，可以诱导有序的相结构产生。这些结果给出了有序相结构外电场调制的新思路。论文被软物质领域国际著名学者美国匹兹堡大学杰出教授A. C. Balazs等人引用。如何制备高介电、低损耗、高击穿场强的聚合物材料，一直是高储能密度电介质材料研究的主要难题。项目通过外场作用实现了聚合物/纳米粒子体系介电性能的显著提高，并首次发现了各向异性的场致渗流效应。论文被清华大学南策文院士引用，并肯定了改性后的高介电、低损耗复合材料在嵌入式电容器中的应用价值。论文中磁场诱导纳米粒子有序排列的技术方法被丹麦著名材料学专家Matti.Knaapila教授、美国怀俄明大学物理系Wenyong Wang教授分别引用，并应用到尿烷低聚物复合材料和太阳能电池聚合物电解质的研究。两嵌段共聚物在水溶液中自组装形成的胶束、囊泡等纳米结构，在药物控释、环境保护、纳米反应器等方面有广泛应用。项目研究了均聚物对两嵌段共聚物胶束和囊泡结构的调控问题，发现了多种型式的胶束和囊泡结构及它们的转变机制，还获得了类似Hanson等人在实验上发现的双乳状结构（Nature. 455，2008）。论文被意大利著名学者G. Magnacca教授等人引用。在研究嵌段共聚物胶束纳米药物载体的自组装中，获得了不同粒径药物颗粒在胶束载体结构中的层状分布和镶嵌状分布特征，这是首次将自洽场与密度泛函理论方法运用于聚合物纳米药物载体的研究，为聚合物胶束纳米药物的理论研究引入了新工具。论文被国际著名高分子物理学家Venk Ganesan教授等人引用。