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  近年來，基于可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合的聚合誘導(dǎo)自組裝（PISA）能夠大批量（固含量可高達(dá)50%）合成各種不同形貌的聚合物納米材料，受到了高分子研究人員的廣泛關(guān)注。在PISA過程中，聚合與自組裝同步進(jìn)行，在聚合過程中嵌段共聚物的組成與溶劑的成份不斷發(fā)生變化。因此，相較于傳統(tǒng)溶液自組裝，PISA的機(jī)理更加復(fù)雜，對于PISA的機(jī)理研究將有助于研究人員精準(zhǔn)合成聚合物納米材料。

  最近，廣東工業(yè)大學(xué)高分子材料與工程系譚劍波教授與張力教授團(tuán)隊(duì)基于前期在光調(diào)控聚合誘導(dǎo)自組裝（Photo-PISA）的研究基礎(chǔ)上（ACS Macro Letters 2015, 4, 1249; ACS Macro Letters 2019, 8, 205; ACS Macro Letters 2019, 8, 955；Macromolecules 2018, 51, 7396; Macromolecules 2020, 53, 9725; Macromolecules 2020, 53, 1212等），首次深入探討了引發(fā)方式（光引發(fā)與熱引發(fā)）對于PISA的影響。研究發(fā)現(xiàn)，熱引發(fā)PISA能得到囊泡形貌，而光引發(fā)PISA只能得到球形膠束，如圖1所示。GPC結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱引發(fā)PISA與光引發(fā)PISA合成的聚合物分子量幾乎一致，表明引發(fā)方式對于嵌段共聚物的組成沒有影響。動(dòng)力學(xué)結(jié)果發(fā)現(xiàn)光引發(fā)聚合的聚合速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比熱引發(fā)聚合快。通過使用更弱的光，把光引發(fā)PISA的聚合速率降低，TEM結(jié)果發(fā)現(xiàn)光引發(fā)PISA在較慢的聚合速度下也可得到囊泡等高階形貌。這些結(jié)果表明熱引發(fā)PISA與光引發(fā)PISA的聚合動(dòng)力學(xué)差異是導(dǎo)致聚合物納米材料形貌不同的主要原因。在光引發(fā)PISA的條件下，嵌段共聚物快速形成并發(fā)生原位自組裝，由于聚合速度過快導(dǎo)致成核嵌段無法有效伸展，限制了進(jìn)一步的形貌演變。根據(jù)以上的研究結(jié)果，研究人員進(jìn)一步發(fā)展了光熱雙控的聚合誘導(dǎo)自組裝體系（圖2），通過簡單的光源開關(guān)實(shí)現(xiàn)光聚合與熱聚合的快速切換，進(jìn)而可有效控制PISA的聚合動(dòng)力學(xué)過程，為聚合物納米材料的形貌調(diào)控提供了新的策略。

圖1. 光引發(fā)PISA與熱引發(fā)PISA得到不同形貌的聚合物納米材料。

圖2. 通過光源開關(guān)實(shí)現(xiàn)聚合動(dòng)力學(xué)與聚合物納米材料形貌調(diào)控。

  本研究通過對PISA的引發(fā)方式進(jìn)行深入研究，首次揭示了聚合動(dòng)力學(xué)與聚合物納米材料形貌的關(guān)聯(lián)，并發(fā)展了基于聚合動(dòng)力學(xué)控制的聚合物納米材料形貌調(diào)控新策略。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。相關(guān)研究成果以題目“Switching between Thermal Initiation and Photoinitiation Redirects RAFT-Mediated Polymerization-Induced Self-Assembly”發(fā)表在Macromolecules, 2021, DOI: 10.1021/acs.macromol.1c00038。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.1c00038