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  有序或?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)的粒子給人以視覺上的美感。無論是納米粒子還是微粒，粒子的形態(tài)對(duì)其物理甚至化學(xué)性質(zhì)都有重要影響。因此，制備規(guī)則納米粒子或微粒具有重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。螺型位錯(cuò)是常見的晶體生長(zhǎng)機(jī)制。晶體通常通過螺旋位錯(cuò)形成三維螺旋形。這種形狀在無機(jī)晶體中比較常見，但在有機(jī)晶體中相對(duì)少見。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，使得其在催化等領(lǐng)域具有獨(dú)特的性能。然而，要獲得尺寸均勻、結(jié)構(gòu)良好的三維螺旋結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。特別是在分子間弱相互作用形成的大分子膠束體系中，這一點(diǎn)尤為困難。

  近日，南方科技大學(xué)何鳳副教授研究團(tuán)隊(duì)著眼于采用共軛嵌段共聚物為構(gòu)筑單元，通過分子間的π-π相互作用驅(qū)動(dòng)分子自組裝的，獲得了三維螺旋塔狀自組裝軟材料。材料的構(gòu)筑基元分子為嵌段共聚物PPV-b-PEG，其在異丙醇溶液中經(jīng)歷可通過錯(cuò)位生長(zhǎng)而得到如圖1所示的二維到三維的自組裝形貌。通過控制生長(zhǎng)溶液的濃度，可以調(diào)整所形成膠束的尺寸，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)從二維正方形到三維螺旋塔狀的形貌轉(zhuǎn)變。通過系列實(shí)驗(yàn)得知該自組裝體并不具有強(qiáng)的結(jié)晶性，而是由嵌段共聚物中的共軛聚合物核心相對(duì)較弱的π-π相互作用主導(dǎo)，通過位錯(cuò)生長(zhǎng)而得到的三維螺旋結(jié)構(gòu)（圖2）。同時(shí)，這些三維膠束的表面電勢(shì)幾乎均勻地分布在螺旋組裝體的不同位置，電導(dǎo)率與螺旋層的數(shù)量成反比（圖3）。

圖1. PPV-b-PEG在不同濃度的異丙醇溶液中的形貌（從左往右濃度依次增大）。

圖2. 三維螺旋結(jié)構(gòu)的分子堆積。

圖3. 三維螺旋結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

  本項(xiàng)研究采用π-π相互作用驅(qū)動(dòng)分子自組裝手段成功實(shí)現(xiàn)了聚合物可控三維螺旋自組裝膠束的形成，為三維微納材料的構(gòu)筑提供了新的思路。通過此種簡(jiǎn)便手段獲得的三維螺旋軟材料有著良好的光學(xué)和電學(xué)特性，同時(shí)具有優(yōu)異的納米尺寸可控性，使得這類由共軛嵌段共聚物形成的三維螺旋膠束在光電子器件和開關(guān)等方面有著良好的應(yīng)用前景。

  該論文發(fā)表于Macromolecules，題為“Three-Dimensional Spirals of Conjugated Block Copolymers Driven by Screw Dislocation”。2018級(jí)南科大-哈工大聯(lián)培直博生祝育林是論文第一作者，南方科技大學(xué)化學(xué)系何鳳副教授為唯一通訊作者，南方科技大學(xué)為唯一通訊單位。此外，南方科技大學(xué)格拉布斯研究院研究助理教授韓亮，2017級(jí)南科大-北大聯(lián)培凡華，南方科技大學(xué)化學(xué)系研究助理王美晶，南方科技大學(xué)博士后漆銳，南方科技大學(xué)物理系副教授趙悅也對(duì)該文有重要貢獻(xiàn)。

  本項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳基礎(chǔ)研究計(jì)劃、深圳市諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和南方科技大學(xué)分析測(cè)試中心的大力支持。

  此外，何鳳課題組近年來還在Nature Communications, Small Methods，Polymer Chemistry上發(fā)表系列基于笨撐乙烯嵌段共聚物的一維、二維和多級(jí)自組裝的相關(guān)工作。

  論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00071

  https://www.nature.com/articles/s41467-018-03195-y

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.201900470

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/PY/C9PY01625B#!divAbstract