近年來(lái)，探索由柔性—結(jié)晶性的嵌段共聚物在溶液中的結(jié)晶驅(qū)動(dòng)組裝（CDSA）成為了自組裝研究的熱點(diǎn)。其中一維膠束、多嵌段、斑片狀以及非對(duì)稱的共膠束已被廣泛報(bào)道，復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如二維、混合和介孔等）也逐步出現(xiàn)。然而通過(guò)CDSA來(lái)制備3D結(jié)構(gòu)的獨(dú)立聚合物組裝體仍然鮮有報(bào)道。
近日，華東理工大學(xué)材料學(xué)院Gerald Guerin教授報(bào)道了一種利用CDSA技術(shù)來(lái)制備2D和3D多圓環(huán)結(jié)構(gòu)的方法，該文以“Formation of 2D and 3D multi-tori mesostructures via crystallization-driven self-assembly”為題發(fā)表在Science子刊Science Advances上，系統(tǒng)地描述了如何通過(guò)嵌段共聚物的CDSA技術(shù)制備類花粉狀的3D組裝體（圖1）。
圖1.多圓環(huán)結(jié)構(gòu)的制備方法及電鏡圖
通過(guò)對(duì)多圓環(huán)結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的動(dòng)力學(xué)研究，證明此自組裝體的形成遵循獨(dú)特的途徑，并且PFS（聚二茂鐵硅烷）嵌段的結(jié)晶過(guò)程在此過(guò)程中起著決定性作用。圖2為3D多圓環(huán)結(jié)構(gòu)形成機(jī)理的示意圖。首先，嵌段聚合物會(huì)自組裝成微米級(jí)的囊泡結(jié)構(gòu)，在沒(méi)有晶種的條件下，得到無(wú)定形膜。但在PFS55-b-PI500（聚二茂鐵硅烷-b-聚異戊二烯）晶種存在時(shí)，PFS-b-PS（ 聚二茂鐵硅烷-b-聚苯乙烯）的自組裝被限制在囊泡內(nèi)，最終得到環(huán)形的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在此混合溶劑中加入第三種溶劑，此介孔組裝體的形態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，可得到球形度更高的介孔結(jié)構(gòu)，或者形成多環(huán)薄膜等。該溶液組裝的過(guò)程證明了利用CDSA來(lái)制備新型復(fù)雜功能材料的巨大潛力，同時(shí)也為利用自下而上的組裝方案來(lái)制備更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組裝體提供了新方法。
圖2：多圓環(huán)3D結(jié)構(gòu)形成機(jī)理圖
華東理工大學(xué)材料學(xué)院為第一單位，Gerald Guerin教授為唯一通訊作者。
論文連接：https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaaz7301.full
