我國開發納米尺度“人造分子”原創方法

9月23日，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室聶志鴻教授研究團隊在納米“人造分子”制備領域取得突破，打破現有納米粒子精準組裝調控困難、產率低下的技術瓶頸，為制備納米“人造分子”找到新方法。

研究人員通過設計聚合物配體間的簡單化學反應，實現了對納米“人造分子”組裝構筑和物理性能的調控，提出了聚合物誘導納米粒子定向鍵合形成納米尺度 “人造分子”的原創概念。據聶志鴻介紹，納米“人造分子”材料具有結構精確和性能精準可控的顯著優勢，給新材料設計制造提供了新思路。

具體來講，在傳統的復合材料中，無機納米粒子作為填料與聚合物基質進行共混，這種制備方法對無機粒子間相互作用和空間排列的控制是較為有限的，因而制約了人們對具有精準序列結構的聚合物復合材料的性能探索和實際應用。人造“納米分子”材料則是通過簡易的辦法，實現對復合材料內部粒子間相互作用、空間排列、取向方式的精準調控，從而有望獲得多級有序結構可控的新型復合材料。

在基礎材料科學研究前沿，精準控制無機納米粒子自組裝一直是熱點。現有的策略大多是結合近年來快速發展的DNA分子技術，在納米粒子表面預構造具備各向異性且具有分子識別功能的微區域，以之模仿原子價。這些預構筑納米“原子”方法，無論從制作成本，還是量化生產以及制備難度上講，都制約了這類納米粒子團簇的進一步應用。

聶志鴻表示：“我們從分子成鍵的本源找到設計靈感，即原子內離域的價電子通過軌道雜化鍵合而形成結構精確的分子，從而設計出簡單易得、具有反應活性的嵌段共聚物作為配體，對無機粒子進行均勻修飾作為納米‘原子’，直接從根本上越過了現有技術存在的難點。我們所制備的納米‘人造分子’具有產率高、制備方法簡單等優勢，具有一定的應用轉化潛力?！?/p>

回想人造納米材料的研究過程，聶志鴻表示：“當時一個簡單的方法是利用兩種分別帶有弱酸弱堿官能團的聚合物接枝納米粒子，先將兩者混合反應形成一定程度上可控的小團簇，再進一步組裝形成三維有序結構。結果卻得到可控性超乎預期的人造‘納米分子’，我們就此進行了長時間深入系統的研究，逐步搞清其中蘊含的新組裝機制?！?/p>

聶志鴻表示：“經過多年探索，我們對聚合物修飾的無機納米粒子在不同環境下的物理特性有較深刻的認識;并對如何設計、利用嵌段聚合物配體調控無機納米粒子在復合材料體系中的組裝排列方式有自己的一些理解，這都為人造‘納米分子’的成功制備打下了基礎?！?/p>

下一步，聶志鴻團隊將著力于程序化構建更為復雜多樣的“人造分子”，深入研究各種納米“人造分子”材料的物理性質，力爭填補這一新興研究領域的空白。同時，團隊也將關注新材料的智能化響應問題，提升材料的可控性。