无机纳米粒子在聚合物引导下组装成聚合物/无机杂化材料的较新进展

无机纳米颗粒（NPs）可控合成提供了可以用于构建功能材料的组装结构单元。NP中有许多表现出引人注目的光学，电子和磁性性质，这些性质在很大程度上取决于其大小、形状和组成、以及NP的聚集态机构。要开发NP在能量转换和存储、催化、传感、纳米医学以及光学和电子设备中的巨大潜力，通常需要将NP组装为具有宏观的大型或有序结构。组装NP的**策略包括在界面处使用外部场进行自组装，使用软模板或硬模板进行模板化组装以及使用分子配体的溶液中进行自组装。将NP组织为有序的宏观结构，不仅将离散的NP与宏观材料联系在一起，而且会产生可能不同于单个NP及其整体同类物的依数性性质。例如，贵金属（例如Au和Ag）NP用于表面等离子体共振（LSPR），即NPs表面上自由电子的相干振荡与入射光的共振。这类金属NP的有序阵列，相邻NP之间的近场等离子体共振耦合，使电子共振可以沿阵列传播，从而使其可作为光波导用于衍射**以下的光。

无机纳米粒子在聚合物引导下组装成聚合物/无机杂化材料的较新进展，重点是材料的结构设计。NP组装的讨论将集中于（1）聚合物基质与小分子配体稳定的无机NP（SLNPs），（2）聚合物基质与聚合物接枝的无机NP（PGNP）之间的相互作用，（3）PGNP和聚合物之间的相互作用对结构的控制，包括那些由聚合物和NP的随机混合，NP的聚合物功能化以及无机NP的聚合物配体协助合成的结构所构成的复合材料。重点介绍了构筑基元的结构与性质之间的相关性，尤其是聚合物接枝的NPs。包括了聚合物/NP在固态中的自组装（薄膜），聚合物和NP的共组装，聚合物为模板诱导无机NP的组装以及聚合物接枝的NP的自组装。

1. **的由聚合物引导无机纳米粒子组装所获得的复合材料结构

1. 纳米粒子表面接枝聚合物的四种**链构象示意图

1. 均匀接枝在球形纳米粒子表面的混合均聚物的链构象及其相分离行为

（a）三种不同2R0/d值的混合均聚物接枝的球形纳米粒子（2R0/d, 为均聚物的均方末端距与纳米粒子内核半径之比）；

（b）均匀接枝在172 nm SiO2 NPs表面的聚丙烯酸叔丁酯（PtBA，亮条带相区）和聚苯乙烯（PS，暗条带相区）的分子量对其微相分离的影响。

 3. 接枝聚苯乙烯在金纳米粒子表面的相行为

（a）AuNP表面接枝的聚苯乙烯在选择性溶剂中胶束化的示意图；

（b, c）AuNP尺寸和聚合物尺寸对PS胶束化的影响；

（d）无机纳米粒子的不同形貌对表面接枝PS胶束化的影响；

（e）接枝密度以及NP尺寸对接枝聚合物在金纳米粒子表面图案化影响的相图。

4.两亲性AB嵌段共聚物BCPs在NP的表面图案化

（a）几种代表性的单纳米粒子表面图案化结构的模拟结果；

（b）BCP接枝密度以及疏溶剂链段的体积分数fB对纳米粒子表面图案化影响的相图。

5. 纳米粒子尺寸对SLNPs在聚合物薄膜中的分布的影响

（a）**的超分子/无机纳米粒子复合薄膜材料制备方法；

（b）7.4 nm AuNPs和5.5 nm PbS NPs在超分子PS19k-b-P4VP5.6k(PDP)1.7组装薄膜材料中的空间排列具有明显的尺寸依赖性；

（c）NP尺寸分布对所得复合材料较终形态的影响。

主要从实验的角度综述了聚合物诱导无机纳米粒子分别在薄膜和溶液中自组装形成功能复合材料。重点阐述了对热力学/动力学参数和聚合物/NP纳米复合材料组装结构之间的相关性的基本理解，这将有助于建立将聚合物诱导无机NP组装策略用于材料设计和制造的预测框架。它还将从以下几个方面加快相关领域的发展：（i）促进所得材料在光电子学和纳米医学中的新颖或**应用的发现；（ii）探索具有多层级结构的无机纳米粒子的组装复合材料的结构—性能关系。尽管该领域目前已取得了巨大进步，但仍然存在一些挑战，需要我们在这一领域进行持续研究。

小编：wyf 05.11

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