基于嵌段共聚物超分子均孔结构的设计、制备与应用

摘要

嵌段共聚物(Block Copolymer,简称BCP)是由两种或多种热力学不相容的均聚物链通过共价键连接而成.聚合度N、相互作用参数x和体积分数f共同决定了嵌段共聚物自组装结构的形貌和周期.对于特定的嵌段共聚物,通过添加小分子或均聚物,可以调变变量x和f,从而获得不同形貌或周期的嵌段共聚物复合材料. 两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)通过氢键复合小分子3-十五烷基苯酚(PDP)形成超分子体系。改变小分子PDP的添加量并利用溶剂慢挥发的策略可以获得一系列的规整有序取向形貌。将取向后的超分子膜置于高温乙醇中浸泡，由于极性溶剂乙醇破坏氢键并洗脱小分子和选择性溶胀亲水链P4VP的双重作用，在聚合物膜中形成了贯穿的有序、均一孔道。若将分散相为垂直圆柱或螺旋结构的超分子膜置于高温乙醇中，可以获得具有规则的垂直和螺旋孔道的嵌段共聚物均孔膜。在超分子组装成膜的过程中，调节溶剂挥发的时间可获得不同厚度的超分子有序取向膜。用低聚的酚醛树脂溶液填充所获得的垂直或螺旋孔道的嵌段共聚物均孔膜，再通过碳化成功制备了有序碳纳米纤维和反向螺旋碳网络结构。该方法表明利用嵌段共聚物超分子组装制备的均孔膜作为功能模板材料的光明前景。