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宁波材料所在表面高分子功能化技术研究中取得进展

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  图案化高分子薄膜材料在诸如光电子器件及化学和生物芯片等多个领域的应用越来越广泛,因而发展简单、高效且低成本获得图案可调的高分子薄膜新方法具有十分重要的意义。微接触印刷技术因制备工艺简单、成本低廉、无需复杂苛刻的条件,受到学术界、工业界的青睐,被广泛用来织构以表面接枝高分子刷为代表的图案化高分子薄膜材料。该技术通常是利用微接触来转移印章上作为“墨水”的引发剂到目标基底上,经表面引发聚合进行放大而获得表面限定的高分子刷薄膜材料。然而目前微接触印刷技术基本采用巯基引发剂与镀金基底之间形成金硫共价键,进而通过表面引发聚合,如活性的原子转移自由基聚合(ATRP)的方法放大而获得图案化高分子刷薄膜材料。金硫共价键在温度稍高(60℃)的情况下即呈现出不稳定状态,极大地限制了以金为基底的高分子薄膜材料的应用。

  为了加强表面高分子功能化的稳定性,同时又能够满足在以硅为基底的微电子领域的潜在应用,开发一种简便、高效、普适性强的图案化修饰技术势在必行。针对这一问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队在陈涛研究员和张佳玮副研究员的带领下,基于课题组前期在表面高分子功能化与形貌调控及基于超分子相互作用等方面的前期积累,采用微接触印刷的方式,以大量商业化的含光活性基团的化学物质(如芘甲胺等)为墨水,在羟基化硅表面构筑基于超分子作用的纳米尺度的自组装光活性层。考虑到目前的活性聚合方法需要苛刻的反应条件等因素,研究人员采用自引发光接枝光聚合(Self-initiated Photografting and Photopolymerization,SIPGP)的方法在无需催化剂、配体等条件下成功接枝图案化的高分子薄膜材料。

  该项工作极大拓展了微接触印刷的概念及其墨水的使用范围,有望在几乎所有羟基化的表面实现高分子的快速功能化,相关研究工作发表在Chem. Commun.2013, 49, 11167上。该研究团队最近发展了这一思路,制备了具有导电特性的高分子杂化材料体系。实验室科研人员将氧化石墨烯作为墨水,利用微接触印刷在硅表面制备了一系列图案化的氧化石墨烯微结构,并通过SIPGP 的方法直接在光活性的氧化石墨烯表面成功接枝了各种乙烯基高分子薄膜材料。该研究结果发表在Chem. Commun.2014, 50,7103上,并被选为当期的内封面文章。

  上述研究成果是对表面的高分子功能化与图案化领域的有效补充及创新,为以超分子自组装为基础的高分子薄膜材料的简单、快速及低成本化制备提供了新的思路。研究工作得到了国家青年千人计划、国家自然科学基金(51303195, 21304105)、浙江省杰出青年基金(LR14B040001)及宁波市自然科学基金(2014A610127)的资助。(宁波材料技术与工程研究所)

  微接触诱导的基于超分子作用的纳米尺度的自组装光活性层的构建及其聚合放大得到的高分子薄膜材料的原子力显微图像 

  通过引入氧化石墨烯活性自组装层构建功能化的高分子薄膜材料;当期杂志的内封面

  新闻来源:http://www.cas.cn/syky/201411/t20141127_4262038.shtml

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