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有机聚合物一维纳米材料由于其高比表面积和多变可调的微结构和功能性,在选择性吸附、高效离子交换、功能化模板或载体等多方面具有重要价值。目前制备方法多局限于静电纺丝、模板法以及自组装法等,但其高成本、低产率以及性能差等因素,应用受到限制。本研究提出了一种可批量制备可控交联聚合物纳米管、纳米线和纳米棒的简便新方法,通过改性复合进一步实现了微结构和组成的调控,为其性能研究和功能化奠定了基础。
初步提出了形成机理,主要基于“纳米引发剂液滴运动轨迹快速材料化”,即将引发剂分散成纳米液滴,液滴表面超快速引发单体聚合并相分离;液滴处于布朗运动状态,其运动轨迹因此被聚合材料“记录”,形成一维材料。其长度、直径可控(50~200nm),长径比在100~102范围可控。控制相分离动力学,可控制材料微结构如中空或实心;通过控制反应条件,进一步控制材料完全中空、竹节状部分中空和完全实心,两端直径均一或不均一(即头大尾小)等。
聚合物纳米纤维可加工成所需宏观形貌如粉末、膜或块体等。所得聚合物进一步化学修饰和功能物质复合可制备相应的复合材料。例如,可衍生磺酸、羧酸以及季铵盐等阳离子和阴离子基团;进一步与聚苯胺复合,制备了导电一维材料;纳米纤维高温碳化制备了碳纤维和相应的无纺布纳米孔碳材料。初步实现了连续管式放量制备,适合于高效批量制备相关聚合物纳米材料。