四川大學(xué)高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，高分子研究所的郭少云教授課題組經(jīng)過十余年的艱辛工作，在高分子層狀復(fù)合材料基礎(chǔ)研究和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用方面取得顯著進(jìn)展。近日，課題組在高分子材料科學(xué)領(lǐng)域頂尖綜述期刊《Progress in Polymer Science》發(fā)表了題為“Progress on the layer-by-layer assembly of multilayered polymer composites: Strategy, structural control and applications”的長篇綜述論文，論文第一作者為課題組張先龍博士，通訊作者為郭少云教授。
該論文綜述回顧了層層組裝發(fā)展歷史，再到層組裝的最新研究成果的總結(jié)。分析了傳統(tǒng)LbL組裝的局限性，并對目前發(fā)展的快速高效的力組裝、基于結(jié)晶生長的層層組裝的最新策略。發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)制組裝技術(shù)的簡單和快速的特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了力組裝技術(shù)的簡單和快速的特點(diǎn)，其可廣泛用于制備多層聚合物。隨著LbL組裝新策略和機(jī)理的出現(xiàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)展。但是目前關(guān)于LbL組裝的系統(tǒng)性綜合評述仍然很少，因此本文綜合分析了LbL組裝的多層聚合物的形貌調(diào)控、結(jié)構(gòu)設(shè)計、形成機(jī)理、應(yīng)用范圍等方面的研究進(jìn)展。逐層 (LbL) 組裝技術(shù)是一種精細(xì)調(diào)控材料表面和界面的重要方法，在制備隔聲減震、形狀記憶、介電、輻射屏蔽等多功能和高性能復(fù)合材料中具有重要意義。文章從結(jié)構(gòu)設(shè)計、形貌調(diào)控、組裝機(jī)理等方面對LbL組裝多層聚合物的相關(guān)研究進(jìn)行了綜合評述，并論述了力組裝技術(shù)相較傳統(tǒng)組裝方法具有簡單、快速和適用性廣泛的特點(diǎn)。
在聚合物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，層層組裝起著重要作用，為各種多功能聚合物復(fù)合材料的制備提供了有力的工具。多層聚合物復(fù)合材料的優(yōu)異性能主要來源于特殊的多層結(jié)構(gòu)形貌和多層界面效應(yīng)。對于半結(jié)晶聚合物體系，通過控制界面層之間的受限空間，可以有效地控制半結(jié)晶聚合物的層狀晶體生長方向，即層狀晶體的形態(tài)從扭曲形狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娣稚⑿问。對于無定形聚合物體系，隨著層數(shù)的增加，界面效應(yīng)大大增強(qiáng)。與界面相關(guān)的性質(zhì)，例如介電性能、界面應(yīng)力轉(zhuǎn)移和抗穿刺能力得到了極大的改善，在最后還指出層層組裝的發(fā)展方向：
(1)驅(qū)動力：在聚合物溶液中組裝的驅(qū)動力，它主要依靠靜電引力、氫鍵、電荷轉(zhuǎn)移相互作用力，共價作用，主客體相互作用，鹵鍵，表面張力，和毛細(xì)管作用。此外，在聚合物溶液中的層層組裝通常消耗大量的溶劑，這會造成嚴(yán)重的空氣污染和設(shè)備腐蝕，對操作人員的健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。此外，在聚合物熔體中的驅(qū)動力主要取源于剪切力、壓力和溫度場，通常有嚴(yán)格的限制。通常用于聚合物熔體層層組裝的是熱塑性聚合物的熔體；不是所有的聚合物都可以基于這些力的作用進(jìn)行組裝（例如，熱固性體系不能組裝）。因此，一些新的驅(qū)動方式，需要引入層層組裝技術(shù)，如電場，磁場（只有物理作用，無任何化學(xué)反應(yīng)）和光。光驅(qū)動模式是未來LBL組裝的一種清潔高效的驅(qū)動模式。
(2)組裝策略：現(xiàn)有的組裝策略都有自身的缺點(diǎn)，不能發(fā)揮所有策略的優(yōu)勢。第一，驅(qū)動力不能統(tǒng)一，即每一種策略都有其獨(dú)特的驅(qū)動力。其次，每個組裝策略也有其自身的特點(diǎn)，即不能對所有體系采用相同的組裝策略。文中表2總結(jié)了各種組裝策略的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、驅(qū)動力和準(zhǔn)備環(huán)境。因此，將這些策略應(yīng)用到熱固性聚合物體系中，以實(shí)現(xiàn)熱固性聚合物和熱塑性聚合物體系的組裝策略統(tǒng)一是LBL組裝的重要發(fā)展方向。此外，實(shí)現(xiàn)溶液和熔體的統(tǒng)一是至關(guān)重要的，換句話說，不管溶液和熔體如何，都可以應(yīng)用所有的組裝策略。同時，在未來新的加工技術(shù)，如3D打印，也將被引入LBL組裝的行列。
(3)應(yīng)用領(lǐng)域：多層聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)大，如春雨后竹筍的涌現(xiàn)；最近，我們團(tuán)隊將LbL技術(shù)應(yīng)用于抗劃傷復(fù)合材料的制備。由于電子信息技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)在電子和光信號傳輸、神經(jīng)信號傳輸、組織修復(fù)、藥物控釋等方面的結(jié)合，多層聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用將在這些方向展示出誘人的應(yīng)用前景。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金(51420105004, 51603131)、四川省科技計劃(2016JY0190)和汽車高性能材料與成型技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究課題(szjj2016-088)的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007967001830279X
DOI:10.1016/j.progpolymsci.2018.10.002
