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无机材料学报
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纳米材料形貌和性能调控的仿生自组装研究进展
李华鑫, 陈俊勇, 肖洲, 乐弦, 余显波, 向军辉
无机材料学报    2021, 36 (7): 695-710.   DOI:10.15541/jim20200443
摘要   （1185） HTML （75） PDF（pc） （27572KB）（1865）  

纳米材料在纳米尺度展现出的特殊性质, 相较于宏观尺度材料表现出众多优异特性, 在力学、声学、光学、磁学、电学、热学等各种领域具有良好的应用前景。纳米材料的仿生自组装技术模拟活体生命活动, 使纳米材料基于非共价键的相互作用, 自发形成稳定结构, 现已成为制备纳米材料的主要方法之一。仿生自组装技术是“自上而下”方法中的重要技术手段, 这种合成方式有望代替传统的“自上而下”加工技术, 实现单个原子或分子在纳米尺度上构造特定结构和功能的器件。另外, 仿生自组装技术虽然以化学过程为主, 但又有物理过程, 并且结合了“仿生学”的优点, 具有定向构造纳米材料的特点, 是众多交叉学科的热门研究手段。本文重点介绍了纳米材料在形貌和性能调控中不同的仿生自组装合成策略, 包括屏蔽效应的位相选择自组装、双相界面协同效应的仿生自组装、场诱导定位效应的功能器件一体化制备、光诱导自组装以及羟基氢键驱动的分相自组装, 总结了仿生自组装纳米材料的特性, 归纳了自组装技术在传感器、表面拉曼散射、生物医疗等领域的应用, 并对纳米材料仿生自组装技术的发展前景进行了展望。



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图8 (a)采用溶胶-凝胶法水相制备疏水聚硅氧烷过程示意图[61], (b)羟基氢键诱导自组装制备三元复合物疏水聚氨酯绵PU/HEC/SiO2过程示意图[61], (c)羟基氢键诱导自组装疏水聚乙烯醇绵PVA/SiO2过程示意图[62]
正文中引用本图/表的段落
Xiang等[61]提出了分相自组装的新策略, 首次由单一水相成功获得了超疏水自组装体。该团队以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体, 水为唯一溶剂, 采用溶胶-凝胶法, 通过酸碱两步催化合成了一系列具有不同形貌的聚甲基硅氧烷聚合物(图8(a,b))。在酸催化作用下, MTES单体可以在油、水两相界面逐步水解转变为亲水性分子, 然后自组装为初级溶胶粒子, 在水相中形成稳定的多相分散体系; 然后在浓碱催化下, 溶胶粒子迅速聚集、长大并从水相中析出, 形成具有三维网络骨架的疏水气凝胶; 进一步借助聚氨酯表面等型覆盖的羟乙基纤维素(HEC)表面羟基氢键引力, 促使聚硅氧烷凝胶粒子在材料表面进行自组装, 形成低表面能的覆盖层, 获得理想的表面粗糙度。材料从亲水向疏水转变, 同时保留了高孔隙率结构。
此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构。等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能。
1.4.2 基于羟基氢键驱动的分相自组装 ...
In-situ synthesis of hydrophobic polyurethane ternary composite induced by hydroxyethyl cellulose through a green method for efficient oil removal
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2020
... Xiang等[61]提出了分相自组装的新策略, 首次由单一水相成功获得了超疏水自组装体.该团队以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体, 水为唯一溶剂, 采用溶胶-凝胶法, 通过酸碱两步催化合成了一系列具有不同形貌的聚甲基硅氧烷聚合物(图8(a,b)).在酸催化作用下, MTES单体可以在油、水两相界面逐步水解转变为亲水性分子, 然后自组装为初级溶胶粒子, 在水相中形成稳定的多相分散体系; 然后在浓碱催化下, 溶胶粒子迅速聚集、长大并从水相中析出, 形成具有三维网络骨架的疏水气凝胶; 进一步借助聚氨酯表面等型覆盖的羟乙基纤维素(HEC)表面羟基氢键引力, 促使聚硅氧烷凝胶粒子在材料表面进行自组装, 形成低表面能的覆盖层, 获得理想的表面粗糙度.材料从亲水向疏水转变, 同时保留了高孔隙率结构. ...

此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构.等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能. ...

此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构.等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能. ...

此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构.等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能. ...

此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构.等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能. ...

此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构.等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能. ...

此外, 该团队以聚乙烯醇绵为基材, 以MTES为修饰单体进行原位自组装合成了二元复合疏水聚乙烯醇绵[62](图8(a,c)), 聚乙烯醇绵表面的羟基为硅氧烷的原位聚合提供了活性位点, 可以使聚甲基硅氧烷对聚乙烯醇绵三维骨架孔道进行等型覆盖, 保持了聚乙烯绵的多孔结构, 形成了稳定的二元复合结构.等型覆盖降低了孔道表面自由能, 增加了表面粗糙度, 修饰后的聚乙烯醇绵表面具有优异的超疏水性能. ...

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