均匀Janus盘材料

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1991年诺贝尔物理学奖得主de Gennes首次用古罗马双面神Janus一词表述颗粒表面同时具有不同化学组成。Janus颗粒表面集成两种不同(亲水/疏水)甚至相反(极性/非极性,正电荷/负电荷等)的性质于一身是最突出特点,具有独特性质并在诸多领域具有重要应用意义。Janus材料已成为材料科学的研究热点。关键问题在于发展新方法,控制形状、尺寸、组成和微结构。其中,与常见的球形Janus颗粒相比,片状二维结构的Janus纳米盘具有化学组成和形状双重非中心对称性,将会具有更加独特性质。如何实现这类复杂结构Janus盘材料的量产制备和均匀性控制成为重要问题。

嵌段共聚物微相分离形成纳米结构成为大量制备Janus纳米材料重要手段。传统方法基于ABC三嵌段共聚物自组装-解组装途径制备Janus纳米片,进一步通过超声破碎得到Janus纳米盘。纳米盘在形态和尺寸方面不均一,严重限制Janus纳米盘的深入研究及应用。

最近,中国科学院化学研究所杨振忠研究员课题组与华中科技大学朱锦涛教授课题组合作发展了新方法,首次获得了一种基于两嵌段共聚物制备形状均一的Janus纳米盘。两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶(PS-b-P4VP)在中性界面条件下的三维空间组装形成具有交替叠加盘状纳米结构的胶体微球。在此基础,在选择性溶剂中逐步解开组装体,成功获得形状规则、厚度均匀的Janus纳米盘。Janus纳米盘由单分子层的两嵌段共聚物组装而成,盘的两面分别具有亲水和疏水特性。更重要的,区域的物理化学性质可控,如交联的P4VP侧可络合金属,电荷性质可调等特点。进一步原位生长物质,为赋予Janus纳米盘功能特性提供了保证。相关论文发表在Advanced Materials上,并被选作内封面。功能性Janus纳米盘将为定位识别操控,新型器件和构筑新结构等方面提供新机遇。

以往报道的二维盘状Janus材料形状不规则,大大限制了对其组装、界面聚集行为等性质的深入研究。这项成果对深入研究形状均一的盘状Janus材料性能及拓展该类结构材料应用具有重要的意义。