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北航陳愛華教授課題組《Macromolecules》：液晶嵌段共聚物聚合誘導(dǎo)多級自組裝制備光觸發(fā)可逆“瘦身”的交聯(lián)納米線

2024-01-17 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：光觸發(fā) 可逆“瘦身” 耐溶劑性交聯(lián)納米線液晶嵌段共聚物

具有高長徑比的納米線在藥物載體、增韌劑和流變改性劑等方面具有廣泛應(yīng)用，通過賦予其刺激響應(yīng)性可進一步拓展其在智能材料和設(shè)備中的應(yīng)用。然而，由于其合成工藝效率低下、形貌不純、變形不可逆以及在常見有機溶劑中不穩(wěn)定，具有刺激響應(yīng)性的可加工納米線始終難以制備，其進一步的發(fā)展面臨瓶頸。

在前期的工作中，北京航空航天大學(xué)陳愛華教授課題組提出了一種名為聚合誘導(dǎo)多級自組裝（PIHSA）的方法，通過在聚合誘導(dǎo)自組裝（PISA）中結(jié)合液晶作用大規(guī)模地制備了非球形納米粒子：引入偶氮苯液晶基元得到了長方體、橢囊泡和扭曲帶等形貌（ACS Macro Lett. 2018，7，358-363；Macromol. Rapid Commun. 2023，44，2300361），并利用偶氮苯的光致異構(gòu)制備了光觸發(fā)可逆“瘦身”的蠕蟲和可逆膨脹的亞微米球（ACS Macro Lett. 2019，8，460-465；Chem.-Eur. J. 2023，29，202300438）；引入二苯代乙烯液晶基元得到了直徑均一的納米線，在紫外光照下可進行進一步的交聯(lián)（Macromolecules 2020，53，465-472；ACS Macro Lett. 2020，9，14-19）；引入聯(lián)苯液晶基元系統(tǒng)地研究了柔性間隔基長度對分散聚合反應(yīng)動力學(xué)、組裝體液晶性和形貌的影響（Macromolecules 2020，53，6235-6245）。

圖1 （a）兩步法合成含偶氮苯和二苯代乙烯的三嵌段共聚物；（b）交聯(lián)納米線的光觸發(fā)可逆“瘦身”示意圖

最近，該課題組通過結(jié)合具有光致異構(gòu)特性的偶氮苯液晶基元的和具有光二聚特性的二苯代乙烯液晶基元，采用兩步RAFT聚合的方法成功制備了具有光觸發(fā)可逆“瘦身”行為的交聯(lián)納米線（圖1）。由于二苯代乙烯具有較高的π-π堆疊能，使得納米線的相空間相比普通PISA有了明顯的擴寬。研究發(fā)現(xiàn)這種三嵌段共聚物的組裝體的核中很容易形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中心區(qū)域主要含有二苯代乙烯基元，染色后在透射電鏡下能觀察到因其規(guī)整排列產(chǎn)生的明顯的液晶條紋，而外圍觀察不到明顯結(jié)構(gòu)的區(qū)域則主要含有偶氮苯。在紫外光照下，偶氮苯發(fā)生反-順異構(gòu)，使得納米線膨脹。同時，二苯代乙烯在紫外光照射下的光二聚使得納米線發(fā)生交聯(lián)。由于偶氮苯和二苯代乙烯之間較為良好的分布以及偶氮苯的可逆光致異構(gòu)，交聯(lián)納米線能在可見光照下進行可逆的“瘦身”（圖2）。這種具有可逆光響應(yīng)性的交聯(lián)納米線對常見的有機溶劑具有較強的耐受性，有利于其在復(fù)雜環(huán)境下的進一步加工和應(yīng)用。

圖2 (a) 紫外/可見光照下納米線的可逆“瘦身”（a）TEM照片；（b）DLS變化；（c）不同含量偶氮苯；（d）不同含量二苯代乙烯

這一成果以題為“Light-Triggered Reversible Slimming of Cross-linked Nanowires Synthesized by Polymerization-Induced Hierarchical Self-Assembly and Photodimerization”的文章發(fā)表在美國化學(xué)會期刊《Macromolecules》上，文章第一作者為北航材料學(xué)院博士研究生鄧子超，陳愛華教授為唯一通訊作者。該研究首次報道了具有光觸發(fā)可逆“瘦身”行為和耐溶劑性的交聯(lián)納米線的制備。通過合理地設(shè)計兩種具有不同π-π堆疊能的液晶基元的序列分布，使其組裝成核中有著明確異質(zhì)結(jié)構(gòu)分布的納米線，為減少光響應(yīng)性和交聯(lián)穩(wěn)定性的互相干擾奠定基礎(chǔ)。這種具有光響應(yīng)性的交聯(lián)納米線有望在智能材料和設(shè)備領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.3c02287

下載：Light-Triggered Reversible Slimming of Cross-linked Nanowires Synthesized by Polymerization-Induced Hierarchical Self-Assembly and Photodimerization

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（責任編輯：xu）

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