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  一維或二維納米材料由于具備獨(dú)特化學(xué)反應(yīng)特性和物理性質(zhì)為生物材料、光電器件等領(lǐng)域打開了新的機(jī)遇，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。目前，研究者主要將精力集中在通過分子設(shè)計(jì)以及多級(jí)組裝控制去實(shí)現(xiàn)具有均一形貌的材料體系，而使用相同聚合物分子同時(shí)獲得多種形貌相對(duì)少見。更為重要的是同時(shí)實(shí)現(xiàn)一維至二維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及多種手段協(xié)調(diào)調(diào)控實(shí)現(xiàn)該過程仍然具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性，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。

圖1. 一維棒狀膠束在不同濃度異丁醇溶液的形貌（從上至下濃度依次減小）

  近日，南方科技大學(xué)何鳳教授研究團(tuán)隊(duì)著眼于采用共軛嵌段共聚物為構(gòu)筑單元，通過分子間的π-π相互作用驅(qū)動(dòng)分子自組裝的，獲得了一維棒狀自組裝材料。材料的構(gòu)筑基元分子為嵌段共聚物PPV-Cl-b-P2VP，如圖1所示通過控制生長(zhǎng)溶液的濃度，可以調(diào)整所形成膠束的尺寸。同時(shí)，通過建立熱誘導(dǎo)成核組裝，實(shí)現(xiàn)了從一維到二維菱形結(jié)構(gòu)的形貌轉(zhuǎn)變。通過系列實(shí)驗(yàn)得知該自組裝體通過熱誘導(dǎo)成核方法打破原有的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)歷了分子重排，最終得到處于熱力學(xué)穩(wěn)定的菱形組裝體（圖2）。同時(shí)，這些菱形膠束可同時(shí)通過退火溫度以及單聚體和種子膠束的比例進(jìn)行調(diào)控（圖3）。

圖2. 熱誘導(dǎo)成核自組裝過程以及能量示意圖

圖3. 二維菱形膠束在經(jīng)歷不同退火溫度的形貌（從上至下溫度依次升高）

  本項(xiàng)研究通過定量引入氯代的嵌段共聚物，利用熱誘導(dǎo)成核手段成功實(shí)現(xiàn)了從棒狀膠束到菱形膠束的形貌轉(zhuǎn)變，為跨維度納米材料的構(gòu)筑提供了新的思路。通過此種簡(jiǎn)便手段獲得的納米軟材料具有優(yōu)異的納米尺寸可控性，使得這類由共軛嵌段共聚物形成的二維納米膠束在光電子器件和開關(guān)等方面有著良好的應(yīng)用前景。

  該論文發(fā)表于Macromolecules，題為“Transformation from Rod-like to Diamond-like Micelles by Thermally Induced Nucleation Self-assembly”。南科大-伯明翰大學(xué)聯(lián)培博士生李亨是論文第一作者，南方科技大學(xué)化學(xué)系何鳳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，南科大-哈工大聯(lián)培直博生祝育林，英國(guó)伯明翰化學(xué)系Paco Fernández-Trillo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，何鳳課題組近年來還在Nature Communications, CCS Chemistry，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/abs/10.1021/acs.macromol.1c00744

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

  https://www.chinesechemsoc.org/doi/full/10.31635/ccschem.020.202000297