国家自然科学奖初评通过项目-高分子复合材料微加工及其物理与化学问题
| 项目名称: | 高分子复合材料微加工及其物理与化学问题 |
| 推荐单位: | 中国科学院 |
| 项目简介: | 本项目属化学学科中的“高分子化学与物理”领域。 高分子纳米复合是深入理解高分子链结构和宏观性能的关键,直接影响着复合材料向尺寸微小化、控制精细化、复合功能化和系统集成化方向发展的进程。涉及了微加工,多组分多尺度空间分布和形态精细控制的物理与化学是其两个关键科学问题。 自2000年起,本项目围绕高分子复合材料微加工中的物理与化学问题展开系列研究,主要面向复杂性复合颗粒和纳米孔复合膜两种典型形态,发展了模板合成微加工方法有效控制宏观形态,通过软物质(高分子凝胶和嵌段共聚物)特殊作用诱导组分定位生长控制微结构,系统研究其物理与化学关键科学问题,发展了多组分多尺度空间分布高效精确调控的方法,同时实现了组分的空间分布和形态控制。取得了如下的主要科学发现: (1)首次提出了高分子凝胶诱导生长制备复合中空微球和阵列体系新方法。以核/壳结构的高分子凝胶为模板,将凝胶诱导物质定位优先生长与胶体颗粒模板合成结合,充分利用凝胶的可渗透性和容易与功能物质复合等特点,解决了中空微球空腔尺寸和壳体厚度连续调控难题,极大拓展了其性能和应用领域;发现多重(如催化、静电强作用和离子交换等)物理与化学机制作用,控制凝胶诱导物质定位优先生长;利用凝胶微结构的电场响应特性和无机物的超快复制结构,制备了纳米孔壳层,为壳层微结构控制提供了新方法;进一步拓展到三维,制备了新型中空微球阵列光子晶体。该方法已在制备中空微球中被广泛使用。 (2)提出了高分子凝胶中空微球为模板一步合成复合中空微球的新方法。首次将氢键、共价键自组装技术从二维平面扩展到球面,制备了高分子凝胶中空微球。以凝胶中空微球为模板,同步实现了物质的空间分布和形态的精确控制(如单层/双层,表面微突等),解决了传统核/壳方法导致壳层破裂无法获得完整中空微球难题。在技术上,研制了复合中空功能微球粉体放量制备装置,为其综合性能的深入研究和应用奠定基础。 (3)首次报道了介孔复合膜材料,为制备新结构提供新方法。以多孔氧化铝膜模板为模型受限空间,在其通道中通过双亲嵌段高分子与无机物的溶胶/凝胶共组装制备了介孔复合膜材料和相应的一维介孔材料;深入研究了介孔结构的演变过程和模板孔通道化学场对一维介孔复合材料形态的影响。合成了系列分子量分布窄的含可凝胶化的新型嵌段聚合物,深入研究了其自组装规律,为制备介孔复合膜材料提供了基本构筑单元。 发表SCI收录论文58篇,论文SCI他引1261次,发明专利授权8项,8篇代表作(均为2003年后发表)的SCI他引总数687次。 成果获得了国内外同行高度关注,美国工程院院士Brinker教授,美国著名材料领域科学家康奈尔大学Archer教授等都在相关综述文章中明确指出了我们工作的原创性(上述"首次")。相关结果应邀在全国高分子会议上作大会报告,在国家杰出青年科学基金结题时获"特优"。 |
| 主要完成人: |
杨振忠 本人对本项目的第一、二和三发现点有贡献(代表作1,2,4,5,6),参与本项目的工作量占本人全部工作量的90%。 (1) 首次提出高分子凝胶诱导物质优先定位生长和模板合成结合制备复合中空微球的新方法,实现组成空间分布、特征尺寸和微结构精确控制,揭示了优先定位生长物理与化学机理; (2) 提出了高分子凝胶中空微球模板一步定位生长制备复合中空微球新方法,解决了传统方法制备中空微球壳层不完整难题; (3) 首次提出在多孔膜受限空间内实现双亲分子和无机物溶胶/凝胶技术共组装基本方法,制备了新型一维纳米结构材料及其阵列体系,揭示了表面化学场润湿性对材料多重结构的动态演化的规律,为制备纳米新结构提供新概念。 徐坚 本人对本项目的第二发现点有贡献(代表作3),参与本项目的工作量占本人全部工作量的70%。首次将氢键/共价键层层组装从二维拓展到三维,基于核/壳结构制备了高分子凝胶中空微球,突破了传统方法只使用聚电解质和水体系的局限,拓展了层层组装技术的应用范围;凝胶中空微球高度稳定,为与其它功能物质复合提供了模板基础。 陈永明 本人对本项目的第三发现点有贡献(代表作7,8),参与本项目的工作量占本人全部工作量的60%。发展可控自由基聚合方法,合成了系列分子量分布窄的含可凝胶化的嵌段聚合物,为物质在纳米尺度聚集动态行为研究提供了物质基础;研究了该类嵌段共聚物自组装规律,发现其自组装结构通过催化诱导反应性链段溶胶/凝胶反应,得到了形貌丰富和高度稳定的新型纳米杂化材料。 |
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