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液晶和結(jié)晶是兩種常見(jiàn)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，二者有許多不同之處。結(jié)晶分子以較高的內(nèi)聚能形成晶格，可以展現(xiàn)出外延生長(zhǎng)的特性。液晶是在某個(gè)方向上存在取向或位置有序，這些有序排列的液晶組分同時(shí)存在著高度的流動(dòng)性，并表現(xiàn)出許多獨(dú)特的性質(zhì)，可以說(shuō)液晶是一種介于晶體狀態(tài)和液態(tài)狀態(tài)之間的中間物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

近十年以來(lái)，高分子科學(xué)家們成功地以結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)了各類結(jié)晶共聚物的可控自組裝，并得到了形貌豐富、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多維度的納米結(jié)構(gòu)，這些組裝方法被稱為結(jié)晶驅(qū)動(dòng)自組裝（CDSA）。近年來(lái)，液晶驅(qū)動(dòng)自組裝（LCDSA）也開(kāi)始出現(xiàn)并得到關(guān)注，然而由于液晶和結(jié)晶的本質(zhì)性區(qū)別，對(duì)于液晶體系而言，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制及調(diào)控策略尚不清楚。

最近，華東理工大學(xué)材料學(xué)院林嘉平教授團(tuán)隊(duì)在液晶驅(qū)動(dòng)自組裝實(shí)現(xiàn)膠束可控生長(zhǎng)與終止的研究方面取得了新進(jìn)展。通過(guò)PBLG-b-PNIPAM（聚(γ-芐基-L-谷氨酸酯)-b-聚(N-異丙基丙烯酰胺)）的自組裝實(shí)驗(yàn)以及分子動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)液晶流動(dòng)性、液晶鏈段間的相互作用強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)液晶結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)與終止的關(guān)鍵。

該研究工作中，由內(nèi)核具有類似膽甾型液晶排列的柱狀膠束作為種子，加入嵌段共聚物后，共聚物形成新的聚集體，與種子融合后使種子膠束發(fā)生外延生長(zhǎng)。在此生長(zhǎng)過(guò)程中，聚集體中的剛性鏈段發(fā)生重排，使活性末端保持與種子內(nèi)核一致的膽甾型液晶排列，因此，液晶的流動(dòng)性是導(dǎo)致這種生長(zhǎng)行為的關(guān)鍵。另外，當(dāng)剛性液晶鏈段之間的相互作用較強(qiáng)，聚集體與種子融合后，活性末端具有近晶型液晶排列特點(diǎn)，此時(shí)鏈段較難發(fā)生重排、并調(diào)整回膽甾型液晶排列，因此，較弱的重排能力最終終止了這種生長(zhǎng)行為。研究工作報(bào)道了液晶驅(qū)動(dòng)自組裝實(shí)現(xiàn)膠束可控生長(zhǎng)與終止的調(diào)控方法，揭示了液晶流動(dòng)性這一關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并首次報(bào)道了膠束可控生長(zhǎng)的終止行為，這為共聚物的可控自組裝以及納米結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)筑提供了深入理解和理論參考。

圖1 液晶驅(qū)動(dòng)自組裝的可控生長(zhǎng)與終止

該工作由華東理工大學(xué)青年教師高梁、博士郜洪兵在林嘉平教授、王立權(quán)副教授，以及加拿大滑鐵盧大學(xué)王曉松教授的指導(dǎo)下完成，相關(guān)工作以Growth and Termination of Cylindrical Micelles via Liquid-Crystallization-Driven Self-Assembly為題發(fā)表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.0c01820)。該工作也得到了上海同步輻射光源楊春明研究員的大力支持。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c01820