外场刺激对光响应及两亲性聚合物组装体的微结构/形状调控

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光响应聚合物作为一类可通过光的开/关来控制光反应过程的功能性聚合物受到人们越来越多的关注。聚合物材料的性能不仅取决于其组成,还与其形貌与结构直接相关。因而,调控聚合物组装体的形状/结构对其实际应用具有重要的意义。对于光响应聚合物,如何设计光响应基团及控制光照条件来制备具有特殊形貌结构和功能的材料是人们目前亟待解决的问题之一。  本论文基于光响应聚合物聚[6-(4-甲氧基-4’氧偶氮苯)己基甲基丙烯酸酯](PMMAzo)、聚(4-乙烯基吡啶)-b-聚[6-(4-甲氧基-4’氧偶氮苯)己基甲基丙烯酸酯](P4VP-b-PMMAzo)和聚(3-己基噻吩)-b-聚氧化乙烯(P3HT-b-PEO),研究了它们在溶液中的组装行为。通过微流控液滴技术、沉淀法及外场刺激(如光、pH)等方式实现了聚合物组装体的可控制备,得到了具有特殊形状结构的组装体。主要研究内容及结论包括:  1)尺寸均一PMMAzo微球的制备及其光致形变。采用微流控技术制备了PMMAzo光滑实心微球,利用偏振光对其进行照射,使聚合物分子链沿着偏振方向移动,由此引起微球形貌的改变。通过改变微球初始尺寸、偏振光照时间、角度等,使球形结构转变为具有如柳叶型、米粒型等新颖形貌的聚合物微球。在此基础上,建立了微球尺寸与形变速率之间的关系,探讨了辐照时间、角度等因素对微球形变结构的影响。同时通过光致形变过程,诱导基体中无规分布的无机纳米棒取向排列。使PMMAzo与均聚物PS共混制备得到了Janus结构的微球,研究了两者的比例以及光照角度对单侧光响应的Janus微球形变过程的影响,揭示了光响应形变与受限结构之间的关系。此外,研究了PMMAzo中空微胶囊在偏振光照射下的形变过程,得到了中空椭球形胶囊。  2)溶液pH值和光对嵌段共聚物P4VP-b-PMMAzo的双重响应性。P4VP在不同pH值时可表现出不同的亲疏水性质,首先研究了不同组成的P4VP-b-PMMAzo在不同溶液pH值时的组装行为。改变乳液液滴中水相pH值,观察到不同的油/水界面行为,得到了如光滑实心微球、表面粗糙微球、囊泡、无规片层等组装体。降低溶液pH值还可使聚集体解组装成片或是得到小尺寸微球。在UV光照条件下,研究了聚合物在不同pH溶液中的组装过程,发现聚合物链中偶氮苯基团顺式和反式构型在组装过程中对组装体的形貌有较大区别。结果表明,在pH和/或光作用下,不同嵌段比的P4VP-b-PMMAzo可得到不同的组装结构并表现出不同的解组装能力和不同的光致形变能力。综上,改变聚合物的嵌段比、水溶液pH值、光照波长等条件可以调控聚合物组装体的形貌。  3)表面活性剂SDS与嵌段聚合物P4VP-b-PMMAzo的相互作用对组装体结构的影响。SDS与P4VP链段存在络合作用可以使P4VP链段由疏水性转变为亲水性,因而在不同组成嵌段聚合物和不同浓度SDS作用下可得到不同的组装结构,如光滑实心微球、多孔微球、纳米颗粒等。水溶液中的SDS还可与形成的聚合物微球中的P4VP链段发生络合作用,使得微球解组装转变为薄片、薄壁囊泡甚至纳米球等形貌。此外,在UV与SDS双重作用下,顺式构型的偶氮苯聚合物也表现出了与反式构型不同的组装结构。  4)溶剂性质对P3HT-b-PEO组装结构的影响。将不良溶剂加入到P3HT-b-PEO溶液中可诱导P3HT经π-π堆积的结晶驱动自组装形成以P3HT为核的纳米纤维。通过不同的混合溶剂来调节溶剂的Flory-Huggins参数,从而调控纤维的直径与长度。此外,超声过程可以在不良溶剂含量比例大时使纳米纤维断裂,从而进一步调控纤维长度。本研究为制备具有可调结构的共轭嵌段聚合物组装体提供了一种快速而有效的方法。  以上工作深入研究了光响应聚合物组装体的制备与形貌调控规律,为制备结构可控的聚合物组装体提供了多种方法,加深了对响应性聚合物组装行为的理解和认识,为结构可控的功能性聚合物材料的设计和制备提供了实验依据。
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