多层级结构材料实验室--文韬课题组
Laboratory of Hierarchical Materials
多层级结构材料

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  本实验室致力于设计、合成具有多层级结构的材料,通过化学及物理的手段对材料的微观结构进行有针对性的调控,在深入理解基本科学问题的同时,发展具有优异性能的先进材料。我们的主要研究方向包括以下四个方面:


1. 手性高分子材料


“手性 (chirality)”是自然界的基本属性之一。从氨基酸、DNA到各种生命体,乃至行星、星系等,这些事物在其存在形态和运动方式上都具有手性的特征。在对客观世界的探索中,手性是一个永恒的课题。


研究内容:

1)合成新型的主、侧链型手性高分子;

2)手性嵌段共聚物自组装形成的非对称有序纳米结构;

3)手性高分子在手性发光和手性分离中的应用;


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2. 高分子多孔材料


         多孔材料在现代科技中具有重要的价值。高分子多孔材料在不仅在传统的分离、催化等领域有着重要的用途,同时在储能、环境处理、电子器件等方向表现出显著的应用潜力。我们希望通过可靠、易行的途径,制备具有特定功能和应用前景的高分子多孔材料,发展其在分离、能源等领域的应用。


研究内容:

1)高分子双连续介孔材料;

2)高分子多孔膜材料;


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3. 耐热高分子材料


       随着以5G技术为代表的现代科技的发展,人们对于高分子的要求也不断提高。除了轻质、易加工等特点,现代生产工艺和产品要求高分子还要具有优良的耐热性。例如,在利用“表面贴合工艺 (SMT)”进行集成电路的组装时,需要高分子材料可以耐受无铅焊接的温度 (~260 度)。此外,应用于5G设备的高分子材料需要具备在高温下长时间服役的能力。具有刚性结构的高分子具有较好的热性能,但是这类高分子的加工具有较高的难度。我们希望研究耐热高分子的加工工艺、结构表征手段,及其“构-效”关系。


研究内容:

半芳香尼龙(高温尼龙)薄膜的加工工艺和结构表征


4. 先进电子显微镜在软物质中的应用


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《论语》有云:“工欲善其事,必先利其器”。先进的分析表征手段是开展深入研究必备条件。透射电子显微镜 (transmission electron microscope, TEM) 是探索微观世界的有力工具。然而,普通透射电镜照片是三维结构在二维平面上的投影,会损失样品垂直方向的信息。针对这一问题,人们发展了“三维重构 (3D reconstruction)”技术。目前有三种实现三维重构的方法:单颗粒分析 (single particleanalysis, SPA)、电子晶体学(electron crystallography, EC)以及电子断层扫描(electrontomography, ET)。前两种方法对于样品具有特殊的要求,主要应用于生物体系;而ET则非常适合于软物质体系的研究。

电子断层扫描基于“中央截面定理”,通过对一系列不同投影方向的二维TEM照片处理和拟合,还原出原始的三维结构。特别地,三维重构技术对于多层级手性结构的研究具有重要的意义。举例而言,左手螺旋和右手螺旋在二维平面上的投影是相同的,无法通过普通的透射电子显微镜照片判断其绝对手性。而通过三维重构,可以直观地判定螺旋结构的手性。


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左手和右手螺旋具有相同的二维投影轮廓。


此外,结合高角度环形暗场成像 (high angle annular dark field, HAADF) 和能量损失谱 (electronenergy loss spectrometry, EELS),电子断层扫描技术可以用于多层级杂化材料的微观结构的分析,进而建立起材料的构效关系。依托于华南软物质科学与技术高等研究院的大型仪器平台,我们将着力发展先进电子显微镜技术在软物质材料研究中的应用。