含POSS的甲壳型聚合物：在亚十纳米和埃双尺度有序的杂化包合物

　　具有多尺度有序性以及多种相态和功能的有机-无机杂化纳米材料在科学研究和工业应用中有很重要的价值和前景。然而，制备结构规整、聚合物穿插在无机孔道中的有机-无机包合物是一个很大的挑战。北京大学化学院高分子科学与工程系的一个研究组通过将甲壳型聚合物和无机纳米粒子POSS组合构建了具有多级有序组装结构的有机-无机包合物，相关的研究成果发表在2015年4月28日的《Macromolecules》上。 

　　该研究组利用具有液晶有序性的甲壳型液晶高分子（MJLCP）与结晶性的POSS基元，设计并且合成了一系列有机-无机杂化包合物，并且对其结构进行了详细的研究。POSS基元与聚合物间的共价连接有利于包合物的形成，而POSS结晶与MJLCP液晶相之间的竞争与协同使得杂化材料可以形成多级有序结构，同时，通过调节柔性间隔基的长度也可以实现对相结构的调控。另外，POSS在杂化复合物中高含量保证了其晶体的形成。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）1W2A-小角散射实验站获得了同时含4.49 nm较大尺度、由高分子整体形成的有序柱状结构和埃级的POSS晶体的双尺度有序结构。在这一结构中，POSS基元通过共价键连接到聚合物主链上，每个POSS的尺寸是~1 nm，但每个重复单元的尺寸只有~0.25 nm，由此产生的体积排斥作用使聚合物主链被POSS基元包围而成柱状，进而通过超分子的组装形成六方柱状相的结构，而低温时POSS基元结晶。 

　　该研究组发现POSS结晶和聚合物液晶相的形成之间存在竞争和协同的作用，而柔性间隔基的长短对相态的调控有很重要的作用。较短的柔性间隔基使得结晶和液晶之间的竞争作用很强，而不能同时存在。而当柔性间隔基较长时，二者的竞争作用减弱，聚合物链与POSS基元之间的协同作用使得聚合物链在亚十纳米尺度上液晶性的形成则可以和POSS在埃级尺度上形成菱形结晶共存。在该研究工作中，同步辐射光源对该研究组在解析此类杂化复合物多级有序结构中起到了关键的作用。北京大学化学院高分子科学与工程系的范星河教授、沈志豪副教授认为，该工作为有机-无机杂化包合物的制备提供了新的思路，并且对纳米杂化聚合物组装行为的研究具有一定的指导意义。

　　发表文章： 

　　Yu-Feng Zhu, Wei Liu, Meng-Yao Zhang, Yu Zhou, Yu-Dong Zhang, Ping-Ping Hou, Yu Pan, Zhihao Shen,* Xing-He Fan,* and Qi-Feng Zhou. POSS-Containing Jacketed Polymer: Hybrid Inclusion Complex with Hierarchically Ordered Structures at Sub-10 nm and Angstrom Length Scales. Macromolecules 48(2015), 2358–2366.