如何制备尺寸均一且可控的纳米结构，尤其是如何通过简单高效的方法实现对纳米结构尺寸的精确控制，在基础和应用研究方面一直是化学和材料科学领域的热点和难点之一。然而，通常的精确自组装方法需要多步骤的组装过程，包括预先制备具有多分散长度的柱状胶束、物理破碎和外延生长等过程，这使得制备过程极为复杂，严重阻碍了其进一步的应用研究。
鉴于此，北京理工大学材料学院李霄羽课题组在前期液晶嵌段共聚物精确可控自组装工作的基础上（ Nat. Commun.2019, 10, 2397; Chin. J. Polym. Sci.2022, 40, 624-630； Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202219067），提出了一种通过控制原位“成核-生长”过程将液晶嵌段共聚物组装成长度精确可控的柱状胶束的新方法。通过调节组装条件，所得到的柱状胶束长度可在几十纳米到几微米之间进行精确控制。作者深入研究了影响成核-生长过程中热力学和动力学的各种因素，如热分散温度、热分散时间、搅拌速率、浓度和溶剂组成等。研究发现，可以通过调节溶剂环境有效增强或抑制胶束的成核过程，进而产生更短或更长的均一柱状胶束。利用这种策略，能够在超过四个数量级的浓度范围内制备尺寸可控且长度极为均一的柱状胶束。
利用这种组装策略，作者在高浓度下批量制备了多种不同长度的柱状胶束，将其用于增韧有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）基体材料。实验结果表明，所有长度的柱状胶束均显示出优异的增韧效果。更为有趣的是，作者首次观察到胶束增韧效果具有显著的长度依赖性：当胶束掺杂量为2 wt%时，增韧能力最佳的是长度为947 nm的柱状胶束，可以使得PMMA基体材料的韧性提高至原有值的4.2倍。当胶束的掺杂量为1 wt%和0.5 wt%时，增韧能力最佳的胶束分别为681 nm和305 nm的胶束。与其他增韧剂相比，这种增韧剂只需极少量便可达到极佳的增韧效果，同时掺杂后的PMMA基体材料依然保持有较高的透明性。这一研究结果充分证明了精确自组装在应用方面的意义。
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
下一篇：类组装体CRISPR筛选揭示疾病基因对人类神经发育的影响—小柯机器人—科学网