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研究方向

荧光纳米材料

      量子点(QDs)是一种零维纳米材料,通常具有1-10 nm的三维尺度。量子点(QDs)作为一类新型的纳米材料,由于其特有的尺度具有显著的光电子特性,包括尺寸可调、光谱窄的光发射、广谱高效的光吸收、高量子产率(QY)、抗光漂白和降解性以及极大的斯托克斯位移。由于这些迷人的光电子性质,量子点的合成和应用的研究已经得到了广泛的开展。随着量子点研究的不断深入,量子点种类也在不断增多,如图1-1所示,光谱发射范围为研究最广泛的半导体QDs类型。根据量子点组成的不同,可以将量子点分为半导体量子点、碳量子点、钙钛矿量子点等。我们组主要研究半导体量子点、碳量子点的制备及应用方面。

 

近期研究成果:

  1. Adv.Funct.Mater. 2022,2110393.
  2. Adv.Funct.Mater. 2015, 25, 7253.
  3. Adv.Sci. 2019, 6, 1901694.
  4. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 8585-8595.
  5. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3099-3105.
  6. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9297-9301.
  7. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3706-3709.
  8. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10618-10621.
  9. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8412-8415.
  10. Chem.Eng.J. 2021, 415, 128950.

光子晶体

        光子晶体通常是由两种或多种以上介电常数(或折射率)不同的材料在空间周期性交替排列,形成的具有光子带隙的有序结构材料。因其具有独特的结构显色机理和光学特性,在传感响应、显色、包装等领域取得了广泛关注。

        本课题组致力于开发新型组装基元及光子晶体结构,推动光子晶体应用向产业化转变。在基元的调控方面:开发了PS,SiO2,MOF-基光子晶体;疏水胶体光子晶体;碳点功能化的光子晶体和高固含量光子晶体乳液。在光子晶体结构与功能调控方面:开发了Janus 双功能光子晶体微珠;层控结构3D光子晶体;双光子带隙光子晶体膜。在光子晶体的应用方面,主要致力于荧光增强、柔性显示、光学编码、可视化传感和涂料领域的应用。


近期研究成果:

  1. Adv. Mater. 2011, 23, 2915-2919.

  2. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 13556-13564.

  3. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2375-2378.

  4. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 566.

  5. Adv.Sci. 2020, 7, 1901931.

  6. Mater. Horiz. 2019, 6, 90-96.

  7. Small Methods. 2018, 2, 1800104.

  8. Small. 2020, 16, 1903939.

  9. Chem.Eng.J. 2021, 411, 128623.

  10. Chem.Eng.J. 2021, 420, 127582.


微流控与微结构

      微流控技术是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的科学和技术,是一门涉及化学、流体物理、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科,具有微型化、集成化等特征,可实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。本课题组长期从事液滴微流控技术方面的研究,主要以量子点、单分散聚合物微球、凝胶为构筑单元,通过基元、作用力设计实现组装构型和功能的精确调控。研究构筑单元在受限微环境下的组装规律,利用液滴微流控技术达到有序集成、大规模生产的目的。本课题组率先开发了三相微流控技术实现了各项异性功能微珠的调控,另外采用微流控导向的自组装技术实现有序结构组装体的构筑,并成功将其应用于传感、柔性显示等领域。

      

近期研究成果:

  1.  Adv. Mater. 2019, 31, 1903733.

  2. Adv. Mater. 2018, 30, 1803475.

  3. Adv. Mater. 2011, 23, 2915-2919.

  4. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 47,25089-25096.

  5. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2375-2378.

  6.  J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 566.

  7. Small. 2020, 16, 1903939.

  8. Chem.Eng.J. 2021, 405, 126539.

  9. Chem.Eng.J. 2021, 411, 128623.

  10. Chem.Eng.J. 2021, 420, 127582.


微流控纺丝化学

      微流控纺丝是生产各向异性有序微纤维的理想微反应器平台。借助微流控纺丝技术构筑的微纤维具有形状、尺寸及组成精准可控,传质传热性能高效和反应过程绿色等特点而受到广泛关注。本课题组致力于新型微流控纺丝化学与功能纤维材料的开发,目前已开发了微流体纺丝技术、微流体静电纺丝技术、微流体气喷纺丝技术、微流体湿法纺丝技术、微流体静电3D打印技术,实现了多种形貌可控的一维有序荧光微纤维(阵列型,janus型,竹节型)、二维有序光子晶体膜、三维有序Janus微珠的构筑,在人造皮肤,微反应器、荧光编码、光学传感、可穿戴器件和多信号分析等领域获得了广泛应用。此外,本课题组提出了“纺丝化学”新理论,即在纺丝过程中实现化学反应,即在微纳纤维受限空间中原位实现功能纳米材料(如量子点、MOFs等)的合成,从而原位构筑形貌功能可控的微/纳纤维材料。

近期研究成果:

  1. Nat. Commun. 2018, 9, 4573.

  2. Adv. Mater. 2020, 32, 2000982.

  3. Adv. Mater. 2019, 31,1970181.

  4. Adv. Mater. 2019, 31,1903733.

  5. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 47,25089-25096. 

  6. Angew. Chem. Int. Ed.  2020, 59, 3099-3105.

  7. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7934-7943. 

  8. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 132, 24008-24017. 

  9. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131, 17626-17634. 

  10. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 3988. 

  11. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3706-3709. 

  12. Adv. Funct. Mater.  2015, 25, 7253.

  13. Adv. Funct. Mater.  2017, 27, 1702493.

  14. Adv. Sci. 2021, 8, 2101232.

  15.  Adv. Sci. 2020, 7, 1901931.

  16.  Adv. Sci. 2019, 6, 1901694.

  17. Small Methods. 2021, 5, 2100502.

  18. Small. 2022, 18, 2104820.

  19. J. Mater. Chem. A. 2018, 6, 8940-8946.

  20. Chem. Mater. 2018, 30, 8822-8828.


前端聚合反应

      前端聚合技术是一种通过局部反应区域在聚合物单体中的移动从而将聚合物单体转变为聚合物的一种反应模式,与传统的聚合方法相比,具有无需搅拌、节能(能耗降低10个数量级以上)、省时、工艺可控、适用于极端条件(外太空、失重)、转化率高和产物性能优越等优势,是先进聚合反应技术领域的研究热点之一。本课题组长期从事前端聚合技术研究,主要致力于新型前端聚合技术的开发及其在功能聚合物材料领域应用研究,目前已开发新型等离子体诱导前端聚合、激光引发前端聚合、磁热引发前端聚合、多通道前端聚合、微通道前端聚合等。此外,以特定的功能材料为导向,采用前端技术制备了一系列功能凝胶材料、聚氨酯材料和互穿网络结构材料。

 

近期研究成果:

  1. Pro. Polym. Sci. 2022, 127101514.
  2. Adv. Funct. Mater. 201424, 1235–1242.

  3. Macromolecules. 2015, 48, 5543-5549.

  4. Macromolecules. 2014, 47, 1875-1881.

  5. J. Mater. Chem. A. 2015, 317351.

  6. J. Mater. Chem. A. 2013, 17326.

  7. Chem. Mater. 2010, 22, 5653–5659.

  8. Sol. RRL2021, 2100917.

  9. Polym. Chem. 2018, 9, 420.

  10. Macromol. Rapid Commun. 2021, 42, 2100421.


分子组装产品工程

      本课题组长期从事面向工程应用的技术研究,领域涉及功能高分子材料、生物可降解材料、工程塑料(尼龙改性、聚氨酯树脂、功能PP、PS、PET)、精细化学品、纳米粉体、塑料助剂等,此外致力于人造皮肤及新型纺丝设备的开发。


分子组装理论

    从分子设计与组装角度出发,通过基元相互作用力(主客体作用、氢键、静电作用)与相互作用位点选取,实现特定结构与功能材料的可控构筑。


生物可降解材料

      PBAT属于热塑性生物降解塑料,是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,兼具PBA和PBT的特点。PBAT目前也存在缺陷,主要是其过低的拉伸强度,和过于柔软的性能限制其广泛应用。针对此问题,本课题组通过先进反应技术(在酯化过程中提高转化率以提升性能)、分子链端的“固化”(在聚合过程中提高产品稳定性)、成核改性(在聚合过程中提高结晶度以提升性能)、反应性共混(酯化反应增容、交联反应增容、扩链反应增容)及碳量子点增强提高PBAT及其共聚物的的综合性能。


功能化微纳米粉体

      无机纳米粒子如二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙等,其表面表现为亲水性,与油性高分子相容性差。为了实现粒子与聚合物的组装并形成均一分布的纳米复合材料,需对材料进行细化处理的同时进行表面润湿性进行改性。采用球磨界面相转移的方法,即将纳米材料置于有机相和水相界面体系中,通过在细化球磨的过程中有机相的配体与改性后水相中纳米材料的相互作用实现纳米材料从水相向有机油相的转移。亦可采用含有活性官能团的改性剂与纳米材料的表面羟基反应,使纳米粒子表面具有与聚合物反应的活性官能团,进一步提高纳米材料的表面活性。通过优化工艺条件,得到粒径与结构可控的功能化纳米粒子。针对功能化微纳米粉体的制备本课题组从细化到干燥自主研发和改进了多种设备,以保证粉体产品的粒径(50-300 nm)以及分散性。


高分子工程树脂及乳液合成

      通常设计工程塑料需要根据目标性能进行组份优化,采用反应釜进行聚合反应后通过一系列的后处理最终得到产物。基于反应挤出(Reactive Extrusion,简称 REX)技术制备得到的工程塑料及弹性体与传统的釜式反应相比其反应周期短;能耗低,无溶剂;免后处理;污染小;可小批量或大批量进行连续反应和加工生产。基于反应型螺杆法的思路,结合乳液聚合工艺设计出多种乳液体系,目前本课题组具有成熟的丁苯胶乳、丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯以及聚氨酯乳液等配方和工艺体系,并成功运用于涂料、橡胶、化妆品等领域。课题组创新的将螺杆通过连接管与乳液反应器相连接,直接进行后续反应挤出,不仅可以使反应器省去了后处理时间,还使体系的反应更加快速,提高效率。


碳纤维及其复合材料

      碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。而碳纤维复合材料是以树脂为连续相,碳纤维为增强相的一类高性能复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,在要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势。但二者属于不相容体系,因此需要优化和设计调控碳纤维表面的活性化学基团、表面形貌,以增加碳纤维的化学活性、表面粗糙度及表面自由能,从而改善碳纤维与树脂基体间的化学键合作用、机械啮合作用以及碳纤维与高性能热塑性树脂间的浸润性,进而提高复合材料的界面黏结性能。


伤口敷料及人造皮肤

      国家“第十四个五年规划和2035年远景目标纲要”以及“中国制造2025”等战略规划将“再生医学”、“新型治疗”、“高值医用耗材”和“生物基材料”等研究领域列为重点发展方向。皮肤作为人体面积最大的器官,其创伤修复和再生是组织工程的研究重点。近年来我国每年严重慢性难愈合创面治疗需求在3000万人次左右,皮肤创伤修复再生花费高达1万亿元以上。新兴的组织工程为皮肤创面提供了新型的治疗模式,通过分子水平的仿生设计制造大面积人造皮肤材料用以加速皮肤创伤的修复和再生,已成为生命健康领域的重大需求。本课题组利用微流体纺丝技术,构筑了一系列功能纤维膜及高强度PCL螺旋纤维膜,实现了高性能伤口敷料与人造皮肤的构建,有望在生命健康领域获得重要应用。


微流体纺丝设备

      本课题组致力于新型微流体纺丝设备的开发,目前已和企业合作成功开发了微流体纺丝设备、微流体静电纺丝设备、微流体气喷纺丝设备、微流体湿法纺丝设备、微流体纺丝/3D打印设备等。