主要研究方向

本课题组主要围绕下列两个研究方向开展工作的:

(1)有机-无机胶体微球的制备策略及其组装和性能;
(2)树脂的合成及其特种功能涂料(耐高温、防腐、防污、隔热、光电、变色、自洁等)研究开发等

    

一、有机—无机纳米杂化胶体微球的制备策略

    有机-无机纳米复合微球既可以避免单一纳米粒子的团聚、降低成本(贵重纳米粒子组装到低廉粒子表面),而且还可以产生新的力学、化学、电学、磁学、光学等性能、具有复合协同多功能效应等,可望在复合材料、涂层、电子/光子器件、催化等方面获得广泛应用,是近年来功能高分子材料基础研究中衍生出来的新研究方向。我们利用各种有机-无机之间的非共价键相互作用(如静电、酸-碱、氢键等),建立了有机-无机纳米复合微球的新组装方法,获得了一系列以聚合物粒子为核/无机纳米粒子为壳或以无机纳米粒子为核/聚合物粒子为壳的草酶型、核壳型、多层型复合微球。本方法进一步可应用于无皂乳液合成、有机颜料和染料改性。

     进一步研究发现,聚苯乙烯粒子可以“溶解”在一定碱浓度的醇水介质中,发明了多种一步制备均匀无机空心胶体微球的新方法,先后制备了SiO2, TiO2, CaS, ZnO, Ag, Fe3O4/ZnS, Ta3N5均匀空心微球、有机-无机杂化空心微球,可用于包覆、隔热涂层、自修复涂层、轻质填料、药物释放等,简化了空心微球的制备工艺。发表在Adv. Mater.上的文章已他引超过100次;发表在Adv. Funct. Mater.上的文章作为封面报道;应邀为国际权威综述期刊Chem. Soc. Rev.撰写评论文章。

  

 


本方向代表性成果:

Chem. Soc. Rev.,2011, 40, 5472; 2012, 41, 4356; Adv. Mater., 2006, 18, 801; 2013, 25, 5343; J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 11276; ACS Nano, 2015, 9, 12513; Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 1790; 2015, 25, 1035; Chem. Mater., 2005, 17, 3587; 2008, 20, 3251; Chem Comm., 2013, 49, 7225; 2014, 50, 5767; J. Mater. Chem. 2011, 21, 11276; 2011, 21, 17087; 2012, 22, 11245; J. Mater. Chem.-A, 2013, 1, 2183; 2014, 2, 14004; 2014, 2, 19771; J. Mater. Chem-C., 2015, 3, 10907; Macromolecules, 2004, 37, 9613; 2005, 38, 6411; 2014, 47, 1914; J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 388; 2008, 112, 16; 2008, 112, 6536;J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 11829; 2007, 111, 11692; Langmuir, 2005, 21, 2124; 2006, 22, 3858; 2006, 22, 4674; 2006, 22, 10175; 2006, 22, 3858; 2006, 22, 6403; 2009, 25, 7646; 2009, 25, 3467; 2010, 26, 61152010, 26, 11391; 2010, 26, 14271; 2014, 30, 12011; Polym. Chem. 2013, 4, 3020; 2013, 4, 3293;  2015, 6, 3913;

 

二、胶体微球的薄膜组装及其性能

      最近,我们发现纳米复合乳液在不同的成膜条件下可以获得不同的结构形貌,如在高温下强迫干燥成膜,可以直接形成二维或三维有序孔结构(Inverse Opal Structure);室温成膜可以形成聚合物球有序排列机构。该方法简便、水性环保、可获得大面积结构色薄膜(涂层),且颜色可调。本部分工作先后发表在 J. Mater. Chem., Macromolecules, J. Phys. Chem.等国际著名学术期刊上。其中发表在Macromolecules2008, 41, 6624-6626的文章被列为该期刊2008年“Top 20 most-accessed articles”的第16位, 并被《Nature China》以“Porous materials: Forced to order”为题选为来自中国大陆和香港的突出科学研究成果,作为研究亮点报道(DOI: 10.1038/nchina.2008.224)。


       通过油水界面自组装方法,以有机-无机纳米颗粒、无机空心微球以及其它零维纳米粒子为结构单元,构筑了纳米颗粒膜,获得了光电性能优异的颗粒膜。发表在Adv. Mater.上的文章作为内封面报道;应邀为国际权威综述期刊Chem. Soc. Rev.撰写评论文章。

 

     本方向代表性成果:

     Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 1350; Adv. Mater., 2011, 23, 1988; 2011, 23, 585; 201224, 5872; Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 998; 2012, 22, 1229; 2014, 24, 934; 2015, 25, 3256; Adv. Energy Mater., 20133, 1636; Small., 2011, 7, 2449; 2014, 10, 3038; Chem. Mater., 2010, 22, 3433; 2012, 24, 3800; J. Mater. Chem., 2009, 19, 3594; 2011, 21, 687; 2012, 22, 944; 2012, 22, 17671; 2012, 22, 25207; 2012, 22, 8069;  J. Mater. Chem.A, 2013, 1, 3146; 2013, 1, 10646; Macromolecules, 2008, 41, 6624; 2009, 42, 3591; 2013, 46, 7018; J. Phys. Chem. B, 2008, 112, 7706; Langmuir, 2010, 26, 6604; 2013, 29, 13503; Scientific Reports 2014, 4, 6847; 2015, 4, 12100

 

三、功能涂料研究开发

      我们在世界上率先开展了纳米复合和有机-无机纳米杂化涂层的深入系统研究,包括通过原位聚合法和共混方法,将纳米氧化锌、纳米三氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锆粒子或其网状结构、POSS等引入到不同树脂涂层体系中,揭示了纳米复合和有机-无机纳米杂化涂层的制备-结构-性能的关系,先后开发出了自清洁涂料、高固体分树脂及其罩光面漆、耐刮伤塑料面漆、智能隔热保温涂料等并实现了产业化,引起国际学术界和产业界的广泛关注:在J. Mater. Chem., Polymer, Prog. Org. Coat., J. Colloid Interface Sci.等国际著名学术期刊上发表SCI系列论文80多篇;共申请国家发明专利35项,国际专利2项,其中已授权国家发明专利22项、美国专利1项;国际上本领域许多著名公司如Dupont、ICI、GE、Bayer、Henkel、Merck、BASF、PPG、BEHR、Degussa等的研发副总裁或技术总监都率团来复旦向我们寻求技术合作,其中部分已进行了多年的实质性项目合作。

      代表性成果:ACS Nano., 2016, 10, 1386; Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 1035; ChemCommuns, 2014, 50, 11891; Polymer, 2004, 45, 2967; Polymer, 2004, 45, 8127; Polymer, 2006, 47, 1640; Polymer, 2009, 50, 3609; J. Mater. Chem., 2011, 21, 6161; J. Mater. Chem-A, 2015, 3, 19093; Polymer, 2011, 52, 122; J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 1547; 2014, 2 5752; Prog. Org. Coat., 2002, 45, 33; 2014, 77,1015; 2010, 67, 302; 2015, 85, 208. 获国家技术发明二等奖1项、教育部技术发明一等奖2项、二等奖1项、上海市技术发明一等奖1项、上海市科技进步一等奖1项、中国石油和化学工业协会(原化工部)科技进步一等奖1项。