《多尺度功能复合材料的构筑及构效调控》

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金属有机配合物(Metal-organic complexes,MOC)、氧化物纳微米粒子(Nano/Micron Particles,NMP)因独特的化学结构和尺度效应,而展现出了优越的光、电、磁、传感、能量存储等功能,但其本身固有的光热稳定性差、难于加工成型等缺陷成为限制其进一步应用的主要障碍。进入21世纪以来,随着高新技术的飞速发展,材料的多功能一体化也演变成一种必然的趋势,功能高度集成的结构-功能一体化材料成为功能复合材料高层次发展的主要特征。项目主要技术内容:该项目以金属有机配合物MOC、氧化物纳微米粒子NMP、聚合物等的功能集成为目标,分别将预先设计的具有特定结构、不同尺度的MOC、NMP等功能模块与含C=C-端基的聚氨酯类大分子单体(Macromonomer of Polyurethane,MPU)键合,构筑了一类结构可控、功能可调、充分发挥MOC、NMP、PU等特性的结构-功能一体化的多尺度聚合物基复合材料,重点研究了MOC、NMP的组装方法、组装机理、构效调控规律及其对复合材料性能的影响。项目的科学创新:该项目受日常生活中“拼图游戏”启发,利用预设官能团法将不同尺度的金属配合物MOC、纳微米材料NMP等功能基元裁剪成含活性反应官能团的模块,然后利用官能团反应法将不同尺度的模块与聚氨酯类大单体MPU键合,“拼接”成完整“拼图”-含交联网状结构的聚氨酯复合材料。该项目以结构稳定、性能优良、易于加工的聚合物为基质材料,一方面克服了MOC、NMP固有的物理化学稳定性差、成型加工困难、仅限于实验理论研究而实际应用性不强等缺陷;另一方面,聚氨酯大单体聚合物基质具有交联网状结构,可以将MOC、NMP等模块基元固定在交联网格内,既阻止了MOC、NMP因置换或离解而造成的结构破坏,又避免了MOC、NMP因聚集而引起的功能猝灭,从而使得所构筑的复合材料具有结构可控、功能可调、易于加工、实际应用性强、充分发挥MOC、NMP、PU特性(如光致发光、抗菌、磁性)等特点。项目的科学意义:该项目发展和完善了具有特定结构和功能的金属配合物MOC、氧化物纳微米材料NMP的组装合成方法和构效调控规律,为制备新型的结构-功能一体化复合材料提供了有效途径和可行技术,相关方法和技术得到国内外同行的高度认可。对推动新颖结构和功能的金属配合物材料、纳微米材料、结构-功能一体化复合材料的合成制备技术的原始创新,开发在光、电、磁、热等领域广泛应用的新型高效功能复合材料,具有重要的理论意义和巨大的应用潜力。项目的研究成果:该项目相关研究内容授权发明专利8项,发表SCI论文65篇。该材料中列出主要论文20篇,其中JCR一区论文4篇(被ESI列入高被引论文1篇)、二区7篇、三区7篇,影响因子>3.0的论文14篇,论文他引总次数483次。

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