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华东理工林嘉平团队:液晶驱动自组装实现胶束可控生长与终止
2020-10-15  来源:高分子科技

液晶和结晶是两种常见的物质结构,二者有许多不同之处。结晶分子以较高的内聚能形成晶格,可以展现出外延生长的特性。液晶是在某个方向上存在取向或位置有序,这些有序排列的液晶组分同时存在着高度的流动性,并表现出许多独特的性质,可以说液晶是一种介于晶体状态和液态状态之间的中间物质结构。

近十年以来,高分子科学家们成功地以结晶驱动力实现了各类结晶共聚物的可控自组装,并得到了形貌丰富、结构复杂、多维度的纳米结构,这些组装方法被称为结晶驱动自组装(CDSA)。近年来,液晶驱动自组装(LCDSA)也开始出现并得到关注,然而由于液晶和结晶的本质性区别,对于液晶体系而言,其驱动机制及调控策略尚不清楚。

最近,华东理工大学材料学院林嘉平教授团队在液晶驱动自组装实现胶束可控生长与终止的研究方面取得了新进展。通过PBLG-b-PNIPAM((γ-苄基-L-谷氨酸酯)-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺))的自组装实验以及分子动力学模拟,发现液晶流动性、液晶链段间的相互作用强度是实现液晶结构可控生长与终止的关键。

该研究工作中,由内核具有类似胆甾型液晶排列的柱状胶束作为种子,加入嵌段共聚物后,共聚物形成新的聚集体,与种子融合后使种子胶束发生外延生长。在此生长过程中,聚集体中的刚性链段发生重排,使活性末端保持与种子内核一致的胆甾型液晶排列,因此,液晶的流动性是导致这种生长行为的关键。另外,当刚性液晶链段之间的相互作用较强,聚集体与种子融合后,活性末端具有近晶型液晶排列特点,此时链段较难发生重排、并调整回胆甾型液晶排列,因此,较弱的重排能力最终终止了这种生长行为。研究工作报道了液晶驱动自组装实现胶束可控生长与终止的调控方法,揭示了液晶流动性这一关键的驱动机制,并首次报道了胶束可控生长的终止行为,这为共聚物的可控自组装以及纳米结构的精确构筑提供了深入理解和理论参考。


1 液晶驱动自组装的可控生长与终止

该工作由华东理工大学青年教师高梁、博士郜洪兵林嘉平教授王立权副教授,以及加拿大滑铁卢大学王晓松教授的指导下完成,相关工作以Growth and Termination of Cylindrical Micelles via Liquid-Crystallization-Driven Self-Assembly为题发表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.0c01820)。该工作也得到了上海同步辐射光源杨春明研究员的大力支持。

  文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c01820

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(责任编辑:xu)
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