材料設計的一個重要驅動就是在提高其性能的同時，使得無生命的有機或無機材料等實現(xiàn)與生物體近似的某些功能。盡管具有優(yōu)異性能的功能材料如以碳納米管（CNTs）及石墨烯為代表的碳基材料等已經顯示了廣泛的用途，但若要充分發(fā)揮其應用潛能，有必要引入其它“智能化”組分形成雜化材料體系。作為刺激響應性高分子的一種，高分子刷可在碳基材料表面原位形成雜化材料體系，因而有引入高分子的刺激響應性到功能材料的優(yōu)勢。碳基材料表面的高分子功能化有效改善了其分散性、相容性，也賦予了碳基材料以智能性，但均相接枝的高分子層卻降低了碳基材料本身優(yōu)異性能，使得二者性能的協(xié)同效應減弱。
針對此問題，中科院寧波材料所智能高分子材料團隊在高分子刷單向接枝碳基薄膜材料方面開展了系列科研工作，試圖獲得二維的Janus薄膜，有望實現(xiàn) “Janus”各組分在功能上的真正協(xié)同。研究人員通過利用碳基材料表面光活性的基團，通過自引發(fā)光接枝光聚合(SIPGP)的方法在無需引發(fā)劑、催化劑等的條件下，單向接枝高分子刷到碳基薄膜材料表面，構建了系列二維Janus薄膜材料，如通過微接觸印刷技術轉移光活性的芘甲胺分子到大面積石墨烯表面，通過SIPGP放大，獲得高分子刷接枝的石墨烯薄膜（Chem. Commun., 2013, 49, 11167），利用氧化石墨烯自身的光活性和可轉移性，實現(xiàn)高分子刷接枝氧化石墨烯薄膜（Chem. Commun., 2014, 50,7103），通過SIPGP技術，接枝高分子刷到抽濾成膜的CNTs薄膜的單面及雙面（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 15268，ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16204），以及高分子刷接枝到界面自組裝的氧化石墨烯/殼聚糖復合薄膜上（RSC Adv., 2014, 4, 22759）。這些高分子刷單向接枝的碳基薄膜材料為二維Janus薄膜材料在相應的組成、形貌及化學成分嚴格區(qū)分和微結構精細調控等方面提供新的思路。
碳納米管具有優(yōu)異的電學性能，但其分散困難，更難以進行微圖案化網絡結構。研究人員采用氧化石墨烯分散碳納米管獲得均一的溶液，將此溶液作為“墨水”通過微接觸印刷的方法制備了圖案化的導電網絡結構，并在紫外光引發(fā)下單面接枝高分子刷獲得具有Janus結構的碳基薄膜材料。所制備的Janus超薄膜材料上下表面分別具有高分子的物理化學性質和碳納米管優(yōu)異的導電性，這為碳基雜化材料的進一步智能協(xié)同應用奠定了基礎（Adv. Funct. Mater., 2015, DOI: 10.1002/adfm.201404624）。
上述結果為碳基雜化材料的協(xié)同應用及智能響應提供了新的思路。研究工作得到了國家青年千人計劃、國家自然科學基金（51303195, 21304105）、浙江省杰出青年基金（LR14B040001）及寧波市自然科學基金（2014A610127）的資助。
高分子刷單向功能碳納米管/氧化石墨烯雜化薄膜材料及其電學性能表征
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