高分子材料的纳米化

现有的高分子化学反应中原子重新排列键合的反应空间一般都较原子尺寸大得多，因此化学反应是在一非受限空间进行的。如果在一有限空间或环境中，如纳米量级的片层中，小分子单体因为与片层分子的物理相互作用而被迫在此受限空间中进行某种方式和程度的排列，然后再发生单体的聚合时，聚合产物的拓扑结构既不可能是受限空间的完全复制，又不同于自由空间中得到的情况。我们从这种受限空间的聚合反应也许可以提出高分子纳米化学的概念。化学的制备对象从来都是纳米量级的原子或分子，但由于其方法不够精细，不能在纳米尺度上实现原子或分子的有目的的精确操纵，因此即使目前可以做到分子的精确设计也较难实现，从而使得化学合成给人以粗放的感觉。高分子的纳米化学，就是要按照精确的分子设计，在纳米尺度上规划分子链中的原子间的相对位置和结合方式，以及分子链间的相互位置和排列，通过纳米尺度上操纵原子、分子或分子链，完成精确操作，实现纳米量级上的高分子各级结构的精确定位。从而精确调控所得到的高分子材料的性质和功能。高分子纳米化学的目的就是实现高分子材料的纳米化。 　　高分子材料的纳米化可以依赖于高分子的纳米合成，这既包括分子层次上的化学方法，也包括分子以上层次的物理方法。利用外场包括温度场、溶剂场、电场、磁场、力场和微重力场等的作用，在一确定的空间或环境中像搬运积木块一样移动分子，采用自组装、自组合或自合成等方法，靠分子间的相互作用，构建具有特殊结构形态的分子聚集体。如果再在这种分子聚集体中引发化学成键，则能得到具有高度准确的多级结构的高分子。通过这种精确操作的高分子合成，可以准确实现高分子的分子设计。 　　高分子材料的纳米化还可以通过成型加工的方式得以实现，即在成型加工过程中控制高分子熔体的流动，调节高分子的结构形态从而控制使用性质。高分子材料的纳米化研究不仅应包括纳米化制备方法，还不应忽略高分子材料的纳米结构的观察和纳米性质的测量。因为结构和性能决定材料的使用价值。而高分子材料的纳米化的结果，是使得表面层上和界面层上的结构和性能表现出特异性，这部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下，高分子材料的相结构和形态发生突变所致。因此需要开展表面层上和界面层上的相结构、相行为及分子链动力学的研究，建立相应受限条件下的高分子材料的构效关系。采用的研究方法中，计算模拟和扫描探针技术等都是十分有用的。