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澳门微尼斯人娱乐:化学所在腔体结构与素材领

发布时间:2019-08-06 07:49编辑:化学科学浏览(170)

    在国家自然科学基金委的支持下,中科院化学所高分子物理与化学国家重点实验室杨振忠研究员与美国Tulane大学的卢云峰教授合作,在一维纳米孔复合材料及其阵列研究领域取得重要进展。他们采用多孔膜为模板,结合无机物的溶胶/凝胶和嵌段共聚物的自组装过程,制备了一维纳米孔结构的二氧化硅纤维和管及其阵列体系。通过控制模板孔表面的润湿性和嵌段共聚物的浓度,可以实现产物形貌和纳米孔结构的可控调节。在纳米孔和中空管的微腔内分别复合功能物质,将纳米孔的性质和物质的功能性结合起来,将会衍生系列新型功能结构和材料,如在空腔内引入半导体二氧化钛,制备出了新型一维纳米复合结构,为功能化复合纳米线的制备开辟了新思路和方法。

    材料科技与生物、物理、化学、信息、能源和环境等多学科多领域的交叉融合,拓展了材料的先进性和功能性。自然界中的许多物质如细胞、植物纤维、病毒等,由于具有中空腔体结构、跨膜蛋白及敏感孔通道、结构化表面和可识别功能等多尺度多层次纳米结构和组成,因而具有独特的性能。类似结构的人造体系已经成为材料科学中的重要研究方向,在医疗诊断、靶向治疗、可控释放、热/声绝缘、智能流体、催化分离、高效传感、功能填料等领域具有诱人的应用前景。

    纳米孔有序材料的研究自1992年起发展至今,主要围绕薄膜和微球两方面,在材料的组成、制备方法以及微结构控制等方面取得了重要进展。但是,在一维纳米孔结构及其阵列等方面的研究还是一个充满挑战性的领域。杨振忠研究员所领导的研究小组在前期的核/壳结构复合纤维的模板技术制备的工作基础上(Chem. Commun.2002, 1972),成功制备了一维纳米孔的二氧化硅纤维和管。该方法的优点还在于产物的长径比和阵列结构易于控制。该研究成果于2003年9月15日发表在国际著名期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4201)上。有关专家认为“是一种意义重大的制备介观有序材料的新方法”和“概念性的重要思想”。

    化学所杨振忠研究员和美国Tulane大学化工系卢云峰教授,在国家自然科学基金委海外杰出青年基金、国家杰出青年基金、中国科学院方向性创新项目的支持下,自2000年开始着眼于腔体结构与材料领域开展合作研究,在有序纳米孔材料和中空微球复合体系方面取得了一系列研究进展。

    澳门微尼斯人娱乐 1 有序纳米孔二氧化硅管及其阵列体系的SEM图和TEM图

    在有序纳米孔复合体系方面,提出以多孔阳极氧化铝膜为模板,结合无机物的溶胶/凝胶和嵌段共聚物的自组装过程,制备了一维纳米孔结构的二氧化硅纤维和管及其阵列体系,实现了产物形貌和纳米孔结构的可控调节。在空腔内引入半导体二氧化钛,为功能化复合纳米线的制备和纳米孔材料在分离等方面的应用开辟了新思路和方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4201)。进一步研究了在氧化铝膜受限空间内纳米结构的演化过程和形态,研究结果在Chem. Commun. 2005, 166发表并作为first inside cover page,论文发表一个月内被高频率网络点击同时被列为top ten 文章。与此同时,他们围绕着纳米孔材料复合功能化开展了合作研究。以有序纳米孔二氧化硅为模板,结合电沉积或化学沉积,制备了金属和半导体等功能材料的三维纳米线网络结构,为纳米尺度的功能器件开发奠定了基础,有望在光电和热电装置、传感和高密度信息存储器等领域得到应用(Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6169)。以含有可聚合的双炔基团的无机功能单体制备有序纳米孔复合材料,实现了材料的可逆温度响应变色(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12782)。

    (高分子物理与化学国家重点实验室供稿)

    在中空微球复合体系方面,提出以核/壳凝胶微粒为模板,利用凝胶的可渗透性和容易与功能物质复合等特点,制备新型核/壳复合功能二氧化钛微粒和相应的中空微球。与传统的layer-by-layer沉积技术相比,解决了空腔尺寸不可控的关键问题。发现在溶胶/凝胶过程中,电场可以诱导球壳形成多孔结构(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 1943),为其进一步应用奠定了基础。利用该方法可制备具有响应特性的多孔中空凝胶、二氧化硅、导电聚苯胺及其复合的中空微球(Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 949)。为了克服中空微球壳层易破的缺点,进一步提出利用多孔中空微球作模板,通过控制反应产物不同沉积地点,而得到多种形态的中空球(Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1523)。对多孔中空微球模板的外层和内层进行凝胶化处理,进一步与功能物质复合,溶剂溶解或高温烧结除去模板后制得双层结构的中空微球(Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6727)。本方法具有普适性,将在中空微球的组成(光电磁特性、高性能聚合物壳体)、尺寸和形状等方面的控制制备发挥重要作用。

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    纳米孔无机管及其阵列

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    功能物质纳米纤维网络结构

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    有机/无机复合层次结构中空微球

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    双层结构无机物中空微球

    高分子物理与化学国家重点实验室

    2005年10月18日

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