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  有序或?qū)ΨQ(chēng)結(jié)構(gòu)的粒子給人以視覺(jué)上的美感。無(wú)論是納米粒子還是微粒，粒子的形態(tài)對(duì)其物理甚至化學(xué)性質(zhì)都有重要影響。因此，制備規(guī)則納米粒子或微粒具有重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。螺型位錯(cuò)是常見(jiàn)的晶體生長(zhǎng)機(jī)制。晶體通常通過(guò)螺旋位錯(cuò)形成三維螺旋形。這種形狀在無(wú)機(jī)晶體中比較常見(jiàn)，但在有機(jī)晶體中相對(duì)少見(jiàn)。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，使得其在催化等領(lǐng)域具有獨(dú)特的性能。然而，要獲得尺寸均勻、結(jié)構(gòu)良好的三維螺旋結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。特別是在分子間弱相互作用形成的大分子膠束體系中，這一點(diǎn)尤為困難。

  近日，南方科技大學(xué)何鳳副教授研究團(tuán)隊(duì)著眼于采用共軛嵌段共聚物為構(gòu)筑單元，通過(guò)分子間的π-π相互作用驅(qū)動(dòng)分子自組裝的，獲得了三維螺旋塔狀自組裝軟材料。材料的構(gòu)筑基元分子為嵌段共聚物PPV-b-PEG，其在異丙醇溶液中經(jīng)歷可通過(guò)錯(cuò)位生長(zhǎng)而得到如圖1所示的二維到三維的自組裝形貌。通過(guò)控制生長(zhǎng)溶液的濃度，可以調(diào)整所形成膠束的尺寸，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)從二維正方形到三維螺旋塔狀的形貌轉(zhuǎn)變。通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)得知該自組裝體并不具有強(qiáng)的結(jié)晶性，而是由嵌段共聚物中的共軛聚合物核心相對(duì)較弱的π-π相互作用主導(dǎo)，通過(guò)位錯(cuò)生長(zhǎng)而得到的三維螺旋結(jié)構(gòu)（圖2）。同時(shí)，這些三維膠束的表面電勢(shì)幾乎均勻地分布在螺旋組裝體的不同位置，電導(dǎo)率與螺旋層的數(shù)量成反比（圖3）。

圖1. PPV-b-PEG在不同濃度的異丙醇溶液中的形貌（從左往右濃度依次增大）。

圖2. 三維螺旋結(jié)構(gòu)的分子堆積。

圖3. 三維螺旋結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

  本項(xiàng)研究采用π-π相互作用驅(qū)動(dòng)分子自組裝手段成功實(shí)現(xiàn)了聚合物可控三維螺旋自組裝膠束的形成，為三維微納材料的構(gòu)筑提供了新的思路。通過(guò)此種簡(jiǎn)便手段獲得的三維螺旋軟材料有著良好的光學(xué)和電學(xué)特性，同時(shí)具有優(yōu)異的納米尺寸可控性，使得這類(lèi)由共軛嵌段共聚物形成的三維螺旋膠束在光電子器件和開(kāi)關(guān)等方面有著良好的應(yīng)用前景。

  該論文發(fā)表于Macromolecules，題為“Three-Dimensional Spirals of Conjugated Block Copolymers Driven by Screw Dislocation”。2018級(jí)南科大-哈工大聯(lián)培直博生祝育林是論文第一作者，南方科技大學(xué)化學(xué)系何鳳副教授為唯一通訊作者，南方科技大學(xué)為唯一通訊單位。此外，南方科技大學(xué)格拉布斯研究院研究助理教授韓亮，2017級(jí)南科大-北大聯(lián)培凡華，南方科技大學(xué)化學(xué)系研究助理王美晶，南方科技大學(xué)博士后漆銳，南方科技大學(xué)物理系副教授趙悅也對(duì)該文有重要貢獻(xiàn)。

  本項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳基礎(chǔ)研究計(jì)劃、深圳市諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和南方科技大學(xué)分析測(cè)試中心的大力支持。

  此外，何鳳課題組近年來(lái)還在Nature Communications, Small Methods，Polymer Chemistry上發(fā)表系列基于笨撐乙烯嵌段共聚物的一維、二維和多級(jí)自組裝的相關(guān)工作。

  論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00071

  https://www.nature.com/articles/s41467-018-03195-y

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.201900470

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/PY/C9PY01625B#!divAbstract