张治军教授经过多年的研究,提出并利用自组装法成功制备了聚合物孔结构材料,该项研究成果被发表在近期的材料领域一级杂志Advanced Materials Vol.20, 439–442(2008)上,该杂志在2006年的影响因子为7.896。
多孔结构材料具有较大的比表面积和特殊的表面/界面性质,在催化剂,防反射涂层,细胞培养,纳米结构材料的模板法制备等多个领域具有潜在的应用。因此,制备具有可控结构和尺寸的孔状结构材料,在科学和技术领域都具有重要的意义。
在众多的孔结构材料中,聚合物孔材料除具有一些独特的性质,比如:不易吸水,微孔与空气间的表面张力低,从而会使孔结构非常稳定,聚合物孔材料很容易通过现有的技术进行表面改性,可赋予材料一些独特的功能。聚合物孔材料的合成及应用研究发展很快,并且也取得了一些重要的研究成果。但是,在制备聚合物孔结构材料过程中,仍然存在着聚合物孔结构的有序性差,可控性差等问题,制约了它的应用。
模版法是制备聚合物孔结构的主要方法,经过多年的发展已日趋成熟,但是还无法彻底解决聚合物孔结构的有序性、可控性等问题,因为模版的去除所要求的条件十分苛刻;水模版法虽然在去除模版方面具有优势,但是该方法是以挥发大量的有机溶剂为代价,并不适于大面积的制备,更不符合现代环保的要求。
为此,实验室提出了制备聚合物孔材料的新方法—自组装法。该方法首先利用无皂乳液聚合法合成具有核壳结构的聚合物乳胶球,该结构具有疏水的核层和亲水的壳层;然后直接掺杂一定量的密胺(HMMM,一种亲水的交联剂),室温下干燥成膜,由于密胺具有亲水基,故而集中分布在壳层,在高温下使其和聚合物微球交联,交联反应是亲水官能团之间的反应,致使交联后的聚合物微球具有相对较“硬”的壳层和较“软”的核层,在高温下相比于“硬”的壳层,“软”的核层更容易到达熔点,致使核壳结构发生坍塌形成孔结构。
一方面,该方法操作简便,不需要模版,所以避免了由于去除模版而影响聚合物孔材料的结构,精简了实验流程。该方法是通过控制乳胶球的大小来控制孔的大小,其有序性也是靠控制乳胶球的有序排列而实现的,而且乳胶球的有序排列在现有的技术下很容易实现;另一方面,该方法的突出特征为以水为溶剂,是一个环境友好型的方法,具有巨大的经济效益和社会效益。自组装法制备聚合物孔材料为科研人员和技术工作者提供了一条制备聚合物孔材料的新途径,具有很大的应用前景。