溶解度参数（酒精浓度换算公式）

nano》：多样化的成分导致具有设计灵活性和结构保真度的分层复合材料

2021-08-02 12:19·高分子科学前沿

目前，尽管在纳米结构的自组装方面已经取得了重大进展，但在很大程度上依赖于构建块设计、组成和成对相互作用的精度。这些要求从根本上限制了我们合成宏观材料的能力，其中杂质夹杂的可能性会上升，更重要的是，由于构建块的类型和组成在每个阶段都不同，所以无法获得分子-纳米-微观-宏观层次。最近，在高熵合金中，人们观察到，随着合金中元素数量的增加，总自由能的熵贡献超过焓贡献，使固溶相稳定鉴于组成复杂性已经被确立为两个混合体系的重要标志，多样化的构建块可能使熵驱动的相行为通过系统范围内的协作来适应不可预测的变化。图1A示意了当更多的组件被添加到二进制A/B混合时这个概念。所有附加组分的溶解度参数都在A和B的溶解度参数之间，因此它们的分散介质介导了不利的AB相互作用。当只加入一种组分(即三元混合物)时，富A区和富B区具有确定的组成和改善的混溶性。混合熵随着混合组分数量的增加而增加，当加入两种或两种以上组分时，混合熵的增强导致各相化学组分的弥散更加明显，从而进一步中介了富A区和富B区之间的不利相互作用。富A区或富B区的多种组合可以提供两个区域相同的累积化学特征，为共混物适应成分变化提供了可能性。增强的混溶性进一步降低了分子在化学上不同区域扩散的焓垒。在动力学上，这两个因素都有利于通过化学不同区域的远程扩散，以实现远程合作并形成更高层次的组合。因此，增加共混物的化学多样性可能是一个未探索的领域。

鉴于此，受生物混合物和高熵合金的启发，美国加州大学伯克利分校徐婷教授团队假设多样化混合物的成分可以克服这些限制。组分数量的增加增加了混合熵，导致不同组分的分散，从而增强了相间的混相性，减弱了对特定相互作用的依赖，实现了长期协同。这一假设在包含小分子、嵌段共聚物基超分子和纳米粒子/胶体粒子的复杂共混体系中得到了验证。在填料选择和共混组合方面具有配方灵活性，可获得层次结构复合材料。值得注意的是，通过添加小分子，可以解决困扰传统嵌段共聚物/纳米粒子共混物的尺寸限制。

图一：具有设计灵活性的复杂混合中的熵驱动层次结构组件

文章亮点：

1、详细的描述和模拟每个组分的分布、不同阶段之间的相互作用和结构演化路径，提供了如何增加混合的复杂性，使其能够适应成分的变化，而不损害其自组装的可预测性和保真度的见解。此外，混合材料可以在不影响纳米结构顺序的情况下访问可调谐的微结构，扩大了微结构的设计和操作窗口。

2、利用有机无机共混物的成分复杂性来实现具有可调谐微观结构和有序纳米结构的熵驱动层次组合。在包含小分子、超分子和纳米粒子/胶体粒子的复杂混合物中，由于组分数量的增加而增强的混合熵导致不同组分的分散，从而使每个相的化学组成多样化。

3、组分的多样性降低了界面间的相互作用，增强了界面间的混相性。这种方法解除了目前复合材料设计中的几个限制，如填料尺寸、严格的化学要求和特定的组成，并实现了多个长度尺度的同时结构控制。

图2：复杂共混物中纳米结构的表征与模拟。

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来源：高分子科学前沿

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