从表/界面的特性探究纳米受限聚合物薄膜分子运动的本质

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21873085
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0309.高分子物理与高分子物理化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the development of nanomaterial and nanotechnology, dynamics of nanoconfined polymer continue to be the subject of significantly theoretical and practical interests in recent two decades. Although the dynamics of polymer chain in nanoscale have been extensively investigated, there are lots of confused even inconsistent experimental results. For example, a long-standing question concerns the inconsistent thickness dependences demonstrated by the Tg and coefficient of self-diffusion or diffusivity D of polystyrene films supported by silica (PS/SiOx). Based on our previous researches, we here propose that the chain dynamics near free surface or polymer/substrate interface is an important breakthrough to understand polymer properties in nanoconfinement, due to the specific physicochemical properties and chain dynamics at free surface or polymer/substrate interface. When the scale of polymer materials decrease to tens of nanometer, the volume fraction of free surface or interface increase dramatically, and the properties of polymer nanomaterial will be dominated by free surface and interface. In this project, fluorinated tracer-labeled technology and surface/interface sensitive Sum Frequency Generation (SFG) will be utilized to investigate different length scales polymer dynamics at free surface/interface and their relationships to polymer structure. The utmost distance of polymer dynamics perturbation caused by free surface and interface at different structure polymer systems will be probed. And the relationship between polymer dynamics at free surface/interface and the size-dependent dynamics of polymer film will be also explored. The aim of the study is to elucidate the characteristics and the nature of polymer dynamics in nanoscopic confinement. These studies would be helpful in reconciling the controversies of results reported by various researcher groups, as well provide theoretical basis to design and modulate the physical properties of polymer nanomaterials.
正确理解纳米尺度下聚合物分子运动是纳米材料科学与技术发展的基础。尽管在20多年的时间里对受限聚合物体系分子运动进行了大量的研究,但存在许多无法统一的实验现象。如SiO2支撑的PS薄膜其Tg与扩散系数均随厚度的下降而下降;聚合物薄膜Tg偏离本体是否与分子量有关取决于化学结构等等。本项目是申请者在高分子表面与界面、受限体系分子运动的长期研究积累基础上提出,认为可能原因是自由表面、聚合物/基底界面层分子运动在受限聚合物体系中占主导的地位,决定了其整体的分子运动。而表面与界面具有特殊的物理化学性质,有着本体不同的分子运动规律。本项目将利用分子标记、表面敏感SFG等技术手段研究聚合物自由表面、界面不同尺度的分子运动及其与聚合物结构的关系。研究不同结构聚合物自由表面效应、基底效应的传递深度。关联聚合物自由表面、界面的分子运动与受限体系整体分子运动尺寸依赖性的关系。揭示纳米受限聚合物分子运动的本质。

结项摘要

受限聚合物的分子运动是纳米材料科学与技术的理论基础。经过近30年的大量研究仍存在许多无法统一的物理现象。由于表/界面在受限体系占主导地位,以本体高分子物理知识去理解受限体系并不合适。本项目以表/界面特性为突破点主要围绕聚合物表面结构、聚合物/基底界面结构及其不同尺度分子运动行为,研究聚合物表面、聚合物/基底界面分子运动与聚合物超薄膜的分子运动的关系。获得主要结果如下:1) 首次发现了聚合物表面分子链的“伪缠结”现象。发现薄膜表面分子链构象、聚合物拓扑结构对表面分子链运动能力的影响。发现了表面运动能力可以通过共价键传递。2) 发现利用吸附层厚度(h/Rg)来衡量界面效应传递距离具有普适性。揭示了吸附层和上层薄膜之间的重叠区域在界面效应传递中的重要性。3)发现了自由表面效应对界面效应传递深度及其对整链分子运动能力的影响。揭示了界面效应对表面分子运动、表面分子构象及其结晶结构的影响。发现表面分子的运动能力随薄膜厚度和吸附层厚度的变化而变化,提出了描述受限效应的分子运动分布模型具有薄膜厚度与吸附层厚度依赖性。揭示基底效应通过构象变化进行传递的可能性。4) 发展了通过润湿脊研究聚合物薄膜链缠结的方法。发现从弱基底效应到强基底效应,PS薄膜特征松弛时间经历由解缠结控制、解缠结效应与基底效应竞争、基底效应控制的过程。5)发现了石墨烯表面聚苯乙烯苯环侧基取向的浓度依赖性。揭示了基底吸附层结构对薄膜有机场效应晶体管性能、涂层性能的影响机理。这些研究结果为揭示纳米受限聚合物分子运动的本质,调控聚合物超薄膜物理性能的提供技术手段与理论基础。项目在《Nature》等重要学术刊物发表论文22篇。获浙江省自然科学三等奖1项,授权中国发明专利5项。培养博士2名,培养硕士24名。课题组左彪博士2021年获国家自然科学基金优秀青年基金和中国化学会青年化学奖。期间主办2019 嵌段共聚物自组装理论与模拟论坛。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Concentration-Dominated Orientation of Phenyl Groups at the Polystyrene/Graphene Interface
聚苯乙烯/石墨烯界面上苯基的浓度主导取向
  • DOI:
    10.1021/acsmacrolett.0c00279
  • 发表时间:
    2020-06-16
  • 期刊:
    ACS MACRO LETTERS
  • 影响因子:
    7.015
  • 作者:
    Hong, Yongming;Bao, Senyang;Wang, Xinping
  • 通讯作者:
    Wang, Xinping
Understanding the interface structures of water-based and solvent-based poly(methyl methacrylate) coatings at the molecular level
在分子水平上了解水性和溶剂型聚甲基丙烯酸甲酯涂料的界面结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Appl. Surf. Sci
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Yuhui;He Jiali;Zhang Yizhi;Hong Yongming;Wang Xinping
  • 通讯作者:
    Wang Xinping
Conformation-Sensitive Surface Dynamics in Thin Poly(ethylene terephthalate) Film
聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的构象敏感表面动力学
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.8b02284
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Macromolecules
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Xu Jianquan;Zhang Haosong;Li Jiachen;Zhang Li;Zuo Biao;Ophelia K. C. Tsui;Wang Xinping
  • 通讯作者:
    Wang Xinping
Enhanced Dynamics of PMMA Brushes Induced by the Chain Ends of a Flexible Polymer Chain
由柔性聚合物链的链端引起的 PMMA 刷的增强动力学
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.0c02481
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Macromolecules
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Wang Ziyu;Sun D;an;Wang Xin;Yang Yuhui;Li Yun;Zuo Biao;Huang Jianhua;Wang Xinping
  • 通讯作者:
    Wang Xinping
Polymer Adsorbed Layer Promotes Dipole Ordering in Gate Dielectrics for Organic Field-Effect Transistors
聚合物吸附层促进有机场效应晶体管栅极电介质中的偶极有序化
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c01950
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    J. Phys. Chem. C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Yuhui;Xing Zhexiao;Xie Ziyu;Wang Xinping
  • 通讯作者:
    Wang Xinping

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其他文献

Suppressed surface dynamics of poly(methyl methacrylate) chains in the corona of collapsed dry micelles tethered by a fluorinated block core
由氟化嵌段核束缚的塌陷干胶束冠中聚(甲基丙烯酸甲酯)链的表面动力学受到抑制
  • DOI:
    10.1039/c3sm50237f
  • 发表时间:
    2013-05
  • 期刊:
    Soft Matter
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Fan, H;Zhang, Y. Z.;He, T. T.;王新平
  • 通讯作者:
    王新平
荒漠灌丛树干茎流及其入渗、再分配特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国沙漠
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王新平;王正宁
  • 通讯作者:
    王正宁
双抗体夹心ELISA检测牛肠道病毒抗原方法的建立及流行病学调查
  • DOI:
    10.16303/j.cnki.1005-4545.2016.04.05
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国兽医学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢泽黎;王新平;朱利塞;鲁海冰;郭昌明;盖小春;王明月
  • 通讯作者:
    王明月
Dew formation characteristics at annual and daily scale in xerophyte shrub plantations at Southeast margin of Tengger desert, Northern China
腾格里沙漠东南缘旱生灌木人工林年和日尺度露水形成特征
  • DOI:
    10.1002/eco.1968
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Ecohydrology
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    潘颜霞;王新平;张亚峰;虎瑞
  • 通讯作者:
    虎瑞
腾格里沙漠人工固沙植被区浅层土壤水分对降水和生物结皮的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国沙漠
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石薇;王新平;张亚峰
  • 通讯作者:
    张亚峰

其他文献

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超薄聚合物膜多层次聚集态结构及其演变规律的探究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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