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嵌段共聚物在溶液或乳液中自组装可以得到形貌丰富、可控的聚集结构,如球形胶束、棒状胶束、囊泡和其他复合胶束及聚集体。半导体纳米粒子具有优异的光学性能,改变纳米粒子的尺寸、形状或组成可以有效调控其光学性能。实现半导体纳米粒子在嵌段共聚物胶束中的有效负载不仅可以赋予杂化材料新颖的光学性能,同时可以保持杂化结构的形貌可控性和机械性能。本论文首先合成不同尺寸、形状或组成的半导体纳米粒子并对它们的表面进行修饰,主要研究了纳米粒子和嵌段共聚物在溶液和乳液中的共组装行为。具体研究内容及结果如下: 1.半导体纳米粒子的合成与表面修饰。通过两相法在较低温度(<200℃)条件下制备不同尺寸的硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)和CdSe/CdS核-壳量子点;通过溶剂热方法合成硫化镉纳米棒。上述纳米粒子表面的烷基链配体可以通过配体交换被末端连有氨基或巯基的聚苯乙烯(PS)链替换掉。透射电子显微镜(TEM)的观察结果表明纳米粒子在配体交换前后的尺寸和形状没有明显变化,纳米粒子具有良好的尺寸单分散性。借助于核磁共振氢谱(1H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了PS在纳米粒子表面的有效接枝,结合热重分析(TGA)进一步计算出PS在纳米粒子表面的接枝密度可达0.53 chains/nm2。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的表征结果表明纳米粒子在配体交换后仍然保持良好的光学性能。 2.中心封装量子点的棒状或环状胶束制备及其形貌演化。通过“溶液相共沉淀”的方法实现了PS-NH2表面修饰的CdSe/CdS核-壳量子点与聚苯乙烯-聚氧化乙烯(PS-b-PEO)两亲性嵌段共聚物的协同组装,主要研究了水含量和搅拌时间对组装行为的影响,二者对杂化胶束的形貌影响非常显著。优化实验条件制备了中心封装量子点的棒状或环状胶束,揭示了形成杂化棒状或环状胶束的两种可能机理:耦合机理和分裂机理。这种杂化棒状或环状胶束也会发生形貌转变,形成囊泡,受熵效应的影响,量子点不能进入囊泡壁。量子点和嵌段共聚物形成的杂化胶束具有良好的水溶性和稳定性,同时可以保持量子点的较高的荧光性能。 3.量子点在球形胶束中的封装数量调控、杂化胶束的形貌多样化和性能研究。通过“溶液相共沉淀”的方法可以将不同尺寸的纳米粒子封装于PS-b-PEO胶束中。改变纳米粒子的重量分数(f)或嵌段共聚物在共溶剂中的初始浓度可以有效调控杂化胶束的尺寸和纳米粒子在胶束中的封装数量。实验拓宽了纳米粒子与嵌段共聚物有效组装的含量范围(f=0.25~0.70),揭示了杂化球形胶束的尺寸、量子点在胶束中的封装数量和体积分数的变化规律。此外,实验观察到一种新颖的Janus复合胶束,它的一端为不含纳米粒子的囊泡,另一端为包含大量纳米粒子的球体。延长搅拌时间,这种Janus复合胶束会发生形貌转变,形成均匀封装纳米粒子的球形胶束和Janus囊泡。杂化胶束具有良好的水溶性、稳定性、低毒性和较高的荧光性能,在水相环境(尤其是生物领域)中有良好的潜在应用。 4.溶剂挥发诱导硫化镉纳米棒和嵌段共聚物在乳液中的协同组装。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为乳化剂,研究了硫化镉纳米棒(CdS NRs)和PS-b-PEO在乳液中的共组装行为。CdS NRs的表面配体和重量分数(f)、CTAB的浓度([CTAB])、溶剂的体积比、搅拌速率等因素对组装体的形貌和尺寸有重要的影响。其中,[CTAB]和f对组装行为的影响尤为显著,改变[CTAB]可以调控组装体的形貌和尺寸,f太高或太低都会导致杂化胶束的不规则性和不均一性。当[CTAB]为0.3~2.5 mg mL-1时,由于有机溶剂挥发导致乳液滴的界面不稳定性,CdS NRs和PS-b-PEO可以组装形成超长、均一的杂化棒状胶束,CdS NRs受热力学驱动以任意取向均匀排布于棒状胶束的中心。杂化棒状胶束的长度可以达到十多个微米,所有CdS NRs精确分布于棒状胶束中心14.4 vol%(体积分数)的区域。实现纳米粒子在胶束中的精确定位不仅可以提高杂化胶束的有序性、规整性和稳定性,还可以作为基础单元构建高级结构材料或纳米复合材料。