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  材料表面的理化性質(zhì)往往決定者其功能性，表面接枝聚合物是改變材料表面原有理化性能的重要方法之一，該方法主要是通過(guò)化學(xué)鍵將待修飾聚合物連接到材料表面上，以此改善基材本身的性能，進(jìn)而獲得功能性材料。近期，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所周峰研究員團(tuán)隊(duì)（網(wǎng)址http://www.licp.cas.cn/zfz/）受Nature 出版集團(tuán)旗下學(xué)術(shù)刊物NPG Asia Materials的邀請(qǐng)，撰寫(xiě)了題為“Brushing up functional materials”的綜述論文（影響因子8.052）。該論文綜述了近10年以來(lái)國(guó)內(nèi)外主要科研機(jī)構(gòu)在聚合物刷制備方法以及材料領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。該論文的第一作者為固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室麻拴紅助理研究員，通訊作者為周峰研究員，論文得到了科技部重大研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科協(xié)“青年人才托舉工程”計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院多外合作項(xiàng)目的支持。

  該論文首先簡(jiǎn)要介紹了制備聚合物刷的現(xiàn)有方法，評(píng)述了各種方法的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，然后介紹了如何利用現(xiàn)有方法發(fā)展功能性材料，詳細(xì)概述了聚合物刷在潤(rùn)濕、減阻、摩擦、防污、催化、生物、驅(qū)動(dòng)以及電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用（圖1）。作者指出，盡管聚合物刷材料已經(jīng)得到了人們的廣泛關(guān)注，但在實(shí)際應(yīng)用中還未得到真正意義上的應(yīng)用，大多停留在基礎(chǔ)研究的領(lǐng)域的階段。近年來(lái)研究者們已經(jīng)將研究重心逐漸地從表面物理化學(xué)性質(zhì)向基礎(chǔ)應(yīng)用研究遷移，這將會(huì)對(duì)聚合物刷的未來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)而有意義的影響。然而，任何一種材料在得到實(shí)際應(yīng)用之前，必須是在性能與成本之間的平衡選擇。因此，發(fā)展新型的制備技術(shù)也尤為重要�，F(xiàn)有的表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)（SI-ATRP）存在金屬催化劑難以除盡、需要惰性氣體保護(hù)、單體難以重復(fù)利用等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了聚合物刷的實(shí)際應(yīng)用。一些新的環(huán)保的表面引發(fā)接枝聚合技術(shù)，例如光引發(fā)接枝聚合技術(shù)、電引發(fā)接枝聚合技術(shù)以及聚多巴胺引發(fā)接枝聚合技術(shù)，必將大大推進(jìn)聚合物刷材料的實(shí)際應(yīng)用步伐。特別是最近幾年，人們也逐漸意識(shí)到了聚合物刷在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，如醫(yī)療器械，生物材料植入體等，聚合物刷的存在大大地改善了器件潤(rùn)滑、抗菌抗污和生物相容性，必將成為未來(lái)幾年的研究熱點(diǎn)。此外，響應(yīng)性的聚合物刷作為一類重要的聚合物，也將呈現(xiàn)出重要的理論及應(yīng)用研究?jī)r(jià)值，在生物監(jiān)測(cè)、藥物運(yùn)輸、生物傳感、自修復(fù)涂層、智能仿生表面等領(lǐng)域收到關(guān)注。

圖 1. 表面接枝聚合物刷技術(shù)及聚合物基功能性材料

  據(jù)悉，近10年以來(lái)周峰研究員課題組圍繞表面引發(fā)接枝聚合物刷，從聚合方法學(xué)到功能材料做出了一系列的創(chuàng)新性工作。針對(duì)目前表面引發(fā)聚合存在一系列問(wèn)題，如單體利用率低、反應(yīng)條件苛刻、可控性較差等，發(fā)展了一系列通過(guò)外界刺激來(lái)調(diào)控聚合過(guò)程的新方法(Accounts of Chemical Research, 2015, 48 (2) : 229–237)。例如發(fā)展了電化學(xué)引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)(SI-eATRP)，該技術(shù)解決傳統(tǒng)SI-ATRP聚合反應(yīng)過(guò)程中條件苛刻，需惰性氣體保護(hù)、單體重復(fù)利用以及聚合過(guò)程中可控性差的問(wèn)題（J. Am. Chem. Soc., 2013,135, 1708-1710、Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 5092-5095）；利用染料敏化的 TiO2 納米顆粒作為光敏劑來(lái)引發(fā) ATRP 聚合，使聚合反應(yīng)條件更加溫和，擴(kuò)展了可聚合的單體，實(shí)現(xiàn)多種單體的接枝聚合和聚合物刷的可控制備（ACS Macro Lett., 2013, 2, 592–596、Macro. Rapid Commun. 2014, 35(14) ,1287-1292）；發(fā)展了基于微升級(jí)別單體溶液的犧牲陽(yáng)極原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)（Sa-ATRP）（Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 9125-91290）, 解決了傳統(tǒng)聚合過(guò)程中單體的浪費(fèi)和重復(fù)利用問(wèn)題; 發(fā)現(xiàn)紫外光照射下聚多巴胺涂層表面能夠產(chǎn)生活性自由基，可引發(fā)丙烯酸基活性單體的可控聚合，實(shí)現(xiàn)在通用基材表面生長(zhǎng)聚合物刷（Chem. Sci., 2015, 6, 2068-2073.）；針對(duì)聚合物刷機(jī)械剝離后無(wú)法重復(fù)接枝問(wèn)題，將ATRP引發(fā)劑嵌入到了聚合物基材網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)了聚合物刷層在基材表面的連續(xù)接枝，拓展了聚合物刷的應(yīng)用范圍（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55: 4260-4264）；針對(duì)聚合物刷層承載和抗磨性能較差問(wèn)題，發(fā)展了亞表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)（SCIENTIA SINICA Chimica, 2018, 48 , 1611-1618），提高了聚合物刷的機(jī)械耐受性，推進(jìn)了聚合物刷的工程應(yīng)用。

  基于上述原創(chuàng)性的化學(xué)接枝技術(shù)，周峰研究員課題組發(fā)展了一系列功能性材料，包括低摩擦仿生潤(rùn)滑材料、高承載和抗磨損型仿生關(guān)節(jié)軟骨材料、多尺度防污材料、多介質(zhì)響應(yīng)軟驅(qū)動(dòng)材料、限域催化材料以及集水分離材料等，相關(guān)成果發(fā)表SCI論文50余篇，申請(qǐng)專利多項(xiàng)。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41427-019-0121-2