納米金屬氧化物粒子的可控制備及應(yīng)用研究項(xiàng)目摘要

采用激光氣相法，固相蒸凝法與液相化學(xué)相結(jié)合技術(shù)，以納米金屬氧化物為研究對(duì)象，開(kāi)展無(wú)機(jī)功能納米材料的設(shè)計(jì)和可控制備研究；尋找制備工藝參數(shù)與微觀結(jié)構(gòu)之間的函數(shù)關(guān)系，建立結(jié)構(gòu)與性能的理論模型；開(kāi)展納米金屬氧化物粒子作為高性能氣敏傳感材料和高效催化材料的特異性能和應(yīng)用探索研究，對(duì)完善納米材料的制備技術(shù)和認(rèn)識(shí)其特性有重要價(jià)值。

本項(xiàng)目圍繞納米材料技術(shù)在聚合物等高分子和有機(jī)體系中的應(yīng)用這一國(guó)際前沿領(lǐng)域，探索單分散、高固含量功能導(dǎo)向性納米金屬氧化物顆粒分散體的低成本制備新方法，提出超重力法和原位改性后相轉(zhuǎn)移合成技術(shù)為特征的制備新設(shè)想和新技術(shù)。重點(diǎn)研究制備單分散的ZnO、CeO2、TiO2等金屬氧化物納米顆粒分散體的方法和過(guò)程機(jī)理；研究制備工藝和顆粒結(jié)構(gòu)特性（如顆粒大小、形貌、分散度）的關(guān)系。研究特種金屬氧化物分散體在聚合物等高分子和有機(jī)體系中的應(yīng)用方法和應(yīng)用性能；構(gòu)建單分散金屬氧化物納米分散體制備－結(jié)構(gòu)－功能關(guān)系鏈，創(chuàng)制出低成本、可規(guī)?；苽湫录夹g(shù)，為納米氧化物顆粒在最終有機(jī)制品中的應(yīng)用提供性能卓越的中間體和實(shí)用化基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目圍繞納米材料技術(shù)在聚合物等高分子和有機(jī)體系中的應(yīng)用這一國(guó)際前沿領(lǐng)域，探索單分散、高固含量功能導(dǎo)向性納米金屬氧化物顆粒分散體的低成本制備新方法；提出了“超重力法”和“原位改性后相轉(zhuǎn)移”合成技術(shù)為特征的制備新設(shè)想和新技術(shù)，重點(diǎn)研究并成功制備出了單分散的ZnO、CeO2、TiO2、和ATO等金屬氧化物納米顆粒分散體；隨后研究了特種金屬氧化物分散體在聚合物等高分子和有機(jī)體系中的應(yīng)用方法和應(yīng)用性能；成功實(shí)現(xiàn)了在玻璃貼膜和潤(rùn)滑油行業(yè)的應(yīng)用。通過(guò)構(gòu)建單分散金屬氧化物納米分散體制備－結(jié)構(gòu)－功能關(guān)系鏈，創(chuàng)制出了低成本、可規(guī)模化制備的新技術(shù)，為納米金屬氧化物顆粒在最終有機(jī)制品中的應(yīng)用提供了性能卓越的中間體和實(shí)用化基礎(chǔ)。

粒子自組裝是化學(xué)自組裝領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。粒子在溶液中非模板條件下的規(guī)整自組裝需要粒子間有各向異性的相互作用，這在大部分情況下是通過(guò)賦予粒子以各向異性的表面結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目的主要研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)具有環(huán)形補(bǔ)丁的各向異性粒子的制備與組裝，探索組裝體的功能化途徑。在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，我們圍繞主要研究目標(biāo)開(kāi)展研究工作，成功實(shí)現(xiàn)了環(huán)狀各向異性粒子的制備，以及粒子間可控的一維及二維自組裝；我們還實(shí)現(xiàn)了該各向異性粒子在溶液中的三維組裝，形成空心球狀的粒子組裝體。另外，從環(huán)狀各向異性粒子二維組裝形成的二維片狀結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過(guò)減弱環(huán)與球形粒子間的相互作用將球形粒子除去后，即可獲得由納米環(huán)沿環(huán)的平面二維排列形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此，我們成功實(shí)現(xiàn)了本項(xiàng)目的核心目標(biāo)。另外，我們還獲得了如下成果：（1）類(lèi)似于小分子重結(jié)晶的具有高度排它性的大分子自組裝；傳統(tǒng)的大分子自組裝是互補(bǔ)性的，與排它性所具有的特征相反。由大分子的類(lèi)似于重結(jié)晶的自組裝，我們實(shí)現(xiàn)了純凈的單鏈Janus粒子的制備；該粒子具有與二亞基球狀蛋白相似的介觀結(jié)構(gòu)，其高度排它性的自組裝行為也與部分球狀蛋白的重結(jié)晶行為相似。（2）設(shè)計(jì)高度可控的轉(zhuǎn)化過(guò)程，從ABC三嵌段（或AB兩嵌段）共聚物的溶液出發(fā)，將其從無(wú)規(guī)線團(tuán)轉(zhuǎn)變成ABC三嵌段(或AB兩嵌段)不對(duì)稱粒子。上述成果均具有很好的創(chuàng)新性以及重要的科學(xué)意義。我們利用與本項(xiàng)目的相關(guān)成果在Angew. Chem., ACS Macro. Letters, Biomaterials, Chem. Comm等期刊上共發(fā)表論文13篇，均致謝了本基金項(xiàng)目的資助。