多层聚合物复合材料研究进展：组装策略、结构控制及其应用
四川大学高分子材料工程国家重点实验室，高分子研究所的郭少云教授课题组经过十余年的艰辛工作，在高分子层状复合材料基础研究和成果转化应用方面取得显著进展。近日，课题组在高分子材料科学领域顶尖综述期刊《Progress in Polymer Science》发表了题为“Progress on the layer-by-layer assembly of multilayered polymer composites: Strategy, structural control and applications”的长篇综述论文，论文第一作者为课题组张先龙博士，通讯作者为郭少云教授。
该论文综述回顾了层层组装发展历史，再到层组装的最新研究成果的总结。分析了传统LbL组装的局限性，并对目前发展的快速高效的力组装、基于结晶生长的层层组装的最新策略。发现了强制组装技术的简单和快速的特点发现了力组装技术的简单和快速的特点，其可广泛用于制备多层聚合物。随着LbL组装新策略和机理的出现，其应用领域将进一步扩展。但是目前关于LbL组装的系统性综合评述仍然很少，因此本文综合分析了LbL组装的多层聚合物的形貌调控、结构设计、形成机理、应用范围等方面的研究进展。逐层 (LbL) 组装技术是一种精细调控材料表面和界面的重要方法，在制备隔声减震、形状记忆、介电、辐射屏蔽等多功能和高性能复合材料中具有重要意义。文章从结构设计、形貌调控、组装机理等方面对LbL组装多层聚合物的相关研究进行了综合评述，并论述了力组装技术相较传统组装方法具有简单、快速和适用性广泛的特点。
在聚合物复合材料的结构设计中，层层组装起着重要作用，为各种多功能聚合物复合材料的制备提供了有力的工具。多层聚合物复合材料的优异性能主要来源于特殊的多层结构形貌和多层界面效应。对于半结晶聚合物体系，通过控制界面层之间的受限空间，可以有效地控制半结晶聚合物的层状晶体生长方向，即层状晶体的形态从扭曲形状转变为平面分散形式。对于无定形聚合物体系，随着层数的增加，界面效应大大增强。与界面相关的性质，例如介电性能、界面应力转移和抗穿刺能力得到了极大的改善，在最后还指出层层组装的发展方向：
(1)驱动力：在聚合物溶液中组装的驱动力，它主要依靠静电引力、氢键、电荷转移相互作用力，共价作用，主客体相互作用，卤键，表面张力，和毛细管作用。此外，在聚合物溶液中的层层组装通常消耗大量的溶剂，这会造成严重的空气污染和设备腐蚀，对操作人员的健康产生严重危害。此外，在聚合物熔体中的驱动力主要取源于剪切力、压力和温度场，通常有严格的限制。通常用于聚合物熔体层层组装的是热塑性聚合物的熔体；不是所有的聚合物都可以基于这些力的作用进行组装（例如，热固性体系不能组装）。因此，一些新的驱动方式，需要引入层层组装技术，如电场，磁场（只有物理作用，无任何化学反应）和光。光驱动模式是未来LBL组装的一种清洁高效的驱动模式。
(2)组装策略：现有的组装策略都有自身的缺点，不能发挥所有策略的优势。第一，驱动力不能统一，即每一种策略都有其独特的驱动力。其次，每个组装策略也有其自身的特点，即不能对所有体系采用相同的组装策略。文中表2总结了各种组装策略的优点、缺点、驱动力和准备环境。因此，将这些策略应用到热固性聚合物体系中，以实现热固性聚合物和热塑性聚合物体系的组装策略统一是LBL组装的重要发展方向。此外，实现溶液和熔体的统一是至关重要的，换句话说，不管溶液和熔体如何，都可以应用所有的组装策略。同时，在未来新的加工技术，如3D打印，也将被引入LBL组装的行列。
(3)应用领域：多层聚合物复合材料的应用也将进一步扩大，如春雨后竹笋的涌现；最近，我们团队将LbL技术应用于抗划伤复合材料的制备。由于电子信息技术与生物医学在电子和光信号传输、神经信号传输、组织修复、药物控释等方面的结合，多层聚合物复合材料的应用将在这些方向展示出诱人的应用前景。
上述工作得到了国家自然科学基金(51420105004, 51603131)、四川省科技计划(2016JY0190)和汽车高性能材料与成型技术重点实验室开放研究课题(szjj2016-088)的资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007967001830279X
DOI:10.1016/j.progpolymsci.2018.10.002
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