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材料设计的一个重要驱动就是在提高其性能的同时，使得无生命的有机或无机材料等实现与生物体近似的某些功能。尽管具有优异性能的功能材料如以碳纳米管(CNTs)及石墨烯为代表的碳基材料等已经显示了广泛的用途，但若要充分发挥其应用潜能，有必要引入其它“智能化”组分形成杂化材料体系。作为刺激响应性高分子的一种，高分子刷可在碳基材料表面原位形成杂化材料体系，因而有引入高分子的刺激响应性到功能材料的优势。碳基材料表面的高分子功能化有效改善了其分散性、相容性，也赋予了碳基材料以智能性，但均相接枝的高分子层却降低了碳基材料本身优异性能，使得二者性能的协同效应减弱。
高分子刷单向功能碳纳米管/氧化石墨烯杂化薄膜材料及其电学性能表征
针对此问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队在高分子刷单向接枝碳基薄膜材料方面开展了系列科研工作，试图获得二维的Janus薄膜，有望实现“Janus”各组分在功能上的真正协同。研究人员通过利用碳基材料表面光活性的基团，通过自引发光接枝光聚合(SIPGP)的方法在无需引发剂、催化剂等的条件下，单向接枝高分子刷到碳基薄膜材料表面，构建了系列二维Janus薄膜材料，如通过微接触印刷技术转移光活性的芘甲胺分子到大面积石墨烯表面，通过SIPGP放大，获得高分子刷接枝的石墨烯薄膜(Chem. Commun., 2013, 49, 11167)，利用氧化石墨烯自身的光活性和可转移性，实现高分子刷接枝氧化石墨烯薄膜(Chem. Commun., 2014, 50,7103)，通过SIPGP技术，接枝高分子刷到抽滤成膜的CNTs薄膜的单面及双面(J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 15268，ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16204)，以及高分子刷接枝到界面自组装的氧化石墨烯/壳聚糖复合薄膜上(RSC Adv., 2014, 4, 22759)。这些高分子刷单向接枝的碳基薄膜材料为二维Janus薄膜材料在相应的组成、形貌及化学成分严格区分和微结构精细调控等方面提供新的思路。
碳纳米管具有优异的电学性能，但其分散困难，更难以进行微图案化网络结构。研究人员采用氧化石墨烯分散碳纳米管获得均一的溶液，将此溶液作为“墨水”通过微接触印刷的方法制备了图案化的导电网络结构，并在紫外光引发下单面接枝高分子刷获得具有Janus结构的碳基薄膜材料。所制备的Janus超薄膜材料上下表面分别具有高分子的物理化学性质和碳纳米管优异的导电性，这为碳基杂化材料的进一步智能协同应用奠定了基础(Adv. Funct. Mater., 2015, DOI: 10.1002/adfm.201404624)。
上述结果为碳基杂化材料的协同应用及智能响应提供了新的思路。研究工作得到了国家青年千人计划、国家自然科学基金、浙江省杰出青年基金及宁波市自然科学基金的资助。
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