智能蜂窝状有序多孔薄膜:体系构建、响应性能及应用探索

殷鸿尧 于跃 李宗诚 张港鸿 冯玉军

引用本文: 殷鸿尧, 于跃, 李宗诚, 张港鸿, 冯玉军. 智能蜂窝状有序多孔薄膜:体系构建、响应性能及应用探索[J]. 物理化学学报, 2019, 35(12): 1341-1356. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904042 shu
Citation:  YIN Hongyao, YU Yue, LI Zongcheng, ZHANG Ganghong, FENG Yujun. Smart Honeycomb-Patterned Porous Films: Fabrications, Responsive Properties, and Applications[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2019, 35(12): 1341-1356. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904042 shu

智能蜂窝状有序多孔薄膜:体系构建、响应性能及应用探索

    作者简介: 殷鸿尧,出生于1986年。2016年获中国科学院大学高分子化学与物理理学博士学位,随后入职四川大学,担任助理研究员。主要从事智能高分子材料和表面活性剂研究;



    冯玉军,出生于1971年,研究员、博士生导师。1999年获西南石油大学应用化学工学博士学位,2000-2004年先后在法国科研中心和法国石油研究院从事博士后研究及在法国波城大学担任助理研究员。2004年加入中国科学院成都有机化学研究所,2012年转入四川大学工作。主要从事智能软物质材料的研究;
    通讯作者: 殷鸿尧, hyyin@scu.edu.cn; 冯玉军, yjfeng@scu.edu.cn
  • 基金项目:

    中国博士后科学基金(2017M623029)资助项目

摘要: 蜂窝状有序多孔膜是一种典型的具有微、纳米尺寸的图案化高分子薄膜材料,在超疏水表面、光电材料、组织工程、生物医学、传感器等领域都具有良好的应用前景。表面形貌或性质具有可逆刺激响应特性的智能型多孔膜不仅拥有常规多孔膜的性能,而且还拥有独特的“开-关”功能,因此受到广泛关注。本文回顾了智能有序多孔膜近年的研究进展,重点对其体系构建、响应方式、机理、性能和相关应用进行了归纳与分析,评述了不同刺激响应多孔膜的特点及优劣势,探讨了智能多孔膜的优化设计及提高响应性能等问题,指出了目前面临的挑战,并展望了未来的发展方向。

English

    1. [1]

      Widawski, G.; Rawiso, M.; François, B. Nature 1994, 369, 387. doi: 10.1038/369387a0

    2. [2]

      Stenzel, M. H. Aust. J. Chem. 2002, 55, 239. doi: 10.1071/CH02056

    3. [3]

      Hernandez-Guerrero, M.; Stenzel, M. H. Polym. Chem. 2012, 3, 563. doi: 10.1039/C1PY00219H

    4. [4]

      栗志广, 马晓燕, 洪清, 管兴华.物理化学学报2015, 31, 393 doi: 10.3866/PKU.WHXB201412261Li, Z. G.; Ma, X. Y.; Hong, Q.; Guan, X. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 393. doi: 10.3866/PKU.WHXB201412261

    5. [5]

      Escalé, P.; Rubatat, L.; Billon, L.; Save, M. Eur. Polym. J. 2012, 48, 1001. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2012.03.001

    6. [6]

      Feng, X. J.; Jiang, L. Adv. Mater. 2006, 18, 3063. doi: 10.1002/adma.200501961

    7. [7]

      Li, Z.; Ma, X.; Kong, Q.; Zang, D.; Guan, X.; Ren, X. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 18659. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b06186

    8. [8]

      Chen, S.; Lu, X.; Hu, Y.; Lu, Q. Biomater. Sci. 2015, 3, 85. doi: 10.1039/C4BM00233D

    9. [9]

      Bui, V. T.; Thuy, L. T.; Tran, Q. C.; Nguyen, V. T.; Dao, V. D.; Choi, J. S.; Choi, H. S. Chem. Eng. J. 2017, 320, 561. doi: 10.1016/j.cej.2017.03.086

    10. [10]

      Zhu, Y.; Sheng, R.; Luo, T.; Li, H.; Sun, J.; Chen, S.; Sun, W.; Cao, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 2487. doi: 10.1021/am200371c

    11. [11]

      Bui, V. T.; Thuy, L. L.; Choi, J. S.; Choi, H. S. J. Colloid Interface Sci. 2018, 513, 161. doi: 10.1016/j.jcis.2017.11.024

    12. [12]

      Yao, B.; Zhu, Q.; Yao, L.; Hao, J. Appl. Surf. Sci. 2015, 332, 287. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.01.170

    13. [13]

      Martínez-Campos, E.; Elzein, T.; Bejjani, A.; García-Granda, M. J.; Santos-Coquillat, A.; Ramos, V.; Muñoz-Bonilla, A.; Rodríguez-Hernández, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 6344. doi: 10.1021/acsami.5b12832

    14. [14]

      Tu, Z.; Tang, H.; Shen, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 12931. doi: 10.1021/am502871t

    15. [15]

      Wu, X.; Wang, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 4966. doi: 10.1021/am301334s

    16. [16]

      Zhao, Y.; Shang, Q.; Yu, J.; Zhang, Y.; Liu, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 11783. doi: 10.1021/acsami.5b03254

    17. [17]

      Chen, S.; Gao, S.; Jing, J.; Lu, Q. Adv. Healthcare Mater. 2018, 7, 1701043. doi: 10.1002/adhm.201701043

    18. [18]

      Zhang, H.; Liu, Y.; Luo, T.; Zhao, Q.; Cui, K.; Huang, J.; Jiang, T.; Ma, Z. Polym. Chem. 2018, 9, 3922. doi: 10.1039/C8PY00732B

    19. [19]

      Gao, F.; Wang, W.; Li, X.; Li, L.; Lin, J.; Lin, S. J. Colloid Interface Sci. 2016, 468, 70. doi: 10.1016/j.jcis.2016.01.035

    20. [20]

      Yabu, H.; Shimomura, M. Chem. Mater. 2005, 17, 5231. doi: 10.1021/cm051281i

    21. [21]

      Ting, W. H.; Chen, C. C.; Dai, S. A.; Suen, S. Y.; Yang, I. K.; Liu, Y. L.; Chen, F. M. C.; Jeng, R. J. J. Mater. Chem. 2009, 19, 4819. doi: 10.1039/B900468H

    22. [22]

      Yu, X.; Zhong, Q. Z.; Yang, H. C.; Wan, L. S.; Xu, Z. K. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 3667. doi: 10.1021/jp513001k

    23. [23]

      Yabu, H.; Takebayashi, M.; Tanaka, M.; Shimomura, M. Langmuir 2005, 21, 3235. doi: 10.1021/la050013w

    24. [24]

      Fang, X.; Men, X.; Chen, H.; Zhang, Y. M.; Sun, H.; Yin, S.; Qin, W. J. Colloid Interface Sci. 2018, 512, 1. doi: 10.1016/j.jcis.2017.10.007

    25. [25]

      Geping, Z.; Hongxia, Z.; Mengjun, C.; Hongguang, L.; Ye, Y.; Tiantai, M.; Jingcheng, H. Chem. -Eur. J. 2017, 23, 7278. doi: 10.1002/chem.201605651

    26. [26]

      Liu, C.; Gao, C.; Yan, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4128. doi: 10.1002/anie.200604429

    27. [27]

      Bertrand, A.; Dumur, F.; Mruczkiewicz, M.; Perrin, M.; Lartigau-Dagron, C.; Bousquet, A.; Vignau, L.; Billon, L.; Fasquel, S. Org. Electron. 2018, 52, 222. doi: 10.1016/j.orgel.2017.10.022

    28. [28]

      Zhu, C.; Tian, L.; Liao, J.; Zhang, X.; Gu, Z. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1803194. doi: 10.1002/adfm.201803194

    29. [29]

      Li, L.; Zhong, Y.; Ma, C.; Li, J.; Chen, C.; Zhang, A.; Tang, D.; Xie, S.; Ma, Z. Chem. Mater. 2009, 21, 4977. doi: 10.1021/cm902357m

    30. [30]

      Lu, Y.; Ren, Y.; Wang, L.; Wang, X.; Li, C. Polymer 2009, 50, 2035. doi: 10.1016/j.polymer.2009.02.026

    31. [31]

      Wang, Z.; Zhang, L.; Liu, J.; Jiang, H.; Li, C. Nanoscale 2018, 10, 10691. doi: 10.1039/C8NR01495G

    32. [32]

      Wang, Y.; Zhou, W.; Kang, Q.; Chen, J.; Li, Y.; Feng, X.; Wang, D.; Ma, Y.; Huang, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 27001. doi: 10.1021/acsami.8b06710

    33. [33]

      Lin, F. W.; Xu, X. L.; Wan, L. S.; Wu, J.; Xu, Z. K. RSC Adv. 2015, 5, 30472. doi: 10.1039/C5RA01605C

    34. [34]

      Mao, Y.; Mei, Z.; Wen, J.; Li, G.; Tian, Y.; Zhou, B.; Tian, Y. Sens. Actuators B 2018, 257, 944. doi: 10.1016/j.snb.2017.11.042

    35. [35]

      Cao, T. T.; Modigunta, J. K. R.; Male, U.; Huh, D. S. Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1801174. doi: 10.1002/admi.201801174

    36. [36]

      Wan, L. S.; Lv, J.; Ke, B. B.; Xu, Z. K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 3759. doi: 10.1021/am1009277

    37. [37]

      Zhou, H. J.; Yang, G. W.; Zhang, Y. Y.; Xu, Z. K.; Wu, G. P. ACS Nano 2018, 12, 11471. doi: 10.1021/acsnano.8b06521

    38. [38]

      Wan, L. S.; Li, J. W.; Ke, B. B.; Xu, Z. K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 95. doi: 10.1021/ja2092745

    39. [39]

      Zhang, C.; Wang, X.; Min, K.; Lee, D.; Wei, C.; Schulhauser, H.; Gao, H. Macromol. Rapid. Commun. 2014, 35, 221. doi: 10.1002/marc.201300581

    40. [40]

      Yin, H. Y.; Feng, Y. J.; Billon, L. Chem. -Eur. J. 2018, 24, 425. doi: 10.1002/chem.201704369

    41. [41]

      Wu, B. H.; Wu, L. W.; Gao, K.; Chen, S. H.; Xu, Z. K.; Wan, L. S. J. Phys. Chem. C 2018, 122, 3926. doi: 10.1021/acs.jpcc.7b12286

    42. [42]

      Zhang, L.; Chen, L.; Liu, S. X.; Gong, J.; Tang, Q.; Su, Z. M. Dalton Trans. 2018, 47, 105. doi: 10.1039/C7DT03201C

    43. [43]

      Benoot, N.; Marcasuzaa, P.; Pessoni, L.; Chasvised, S.; Reynaud, S.; Bousquet, A.; Billon, L. Soft Matter 2018, 14, 4874. doi: 10.1039/C8SM00137E

    44. [44]

      Ji, E.; Pellerin, V.; Ehrenfeld, F.; Laffore, A.; Bousquet, A.; Billon, L. Chem. Commun. 2017, 53, 1876. doi: 10.1039/C6CC09898C

    45. [45]

      Wu, B. H.; Zhang, C.; Zheng, N.; Wu, L. W.; Xu, Z. K.; Wan, L. S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 1, 47. doi: 10.1021/acsapm.8b00031

    46. [46]

      Yin, H. Y; Bulteau, A. L.; Feng, Y. J.; Billon, L. Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1500623. doi: 10.1002/admi.201500623

    47. [47]

      Bunz, U. H. F. Adv. Mater. 2006, 18, 973. doi: 10.1002/adma.200501131

    48. [48]

      Bai, H.; Du, C.; Zhang, A.; Li, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 12240. doi: 10.1002/anie.201303594

    49. [49]

      Zhang, A.; Bai, H.; Li, L. Chem. Rev. 2015, 115, 9801. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00069

    50. [50]

      Wan, L. S.; Zhu, L. W.; Ou, Y.; Xu, Z. K. Chem. Commun. 2014, 50, 4024. doi: 10.1039/C3CC49826C

    51. [51]

      Muñoz-Bonilla, A.; Fernández-García, M.; Rodríguez-Hernández, J. Prog. Polym. Sci. 2014, 39, 510. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2013.08.006

    52. [52]

      Escale, P.; Save, M.; Billon, L.; Ruokolainen, J.; Rubatat, L. Soft Matter 2016, 12, 790. doi: 10.1039/C5SM01774B

    53. [53]

      Escale, P.; Save, M.; Lapp, A.; Rubatat, L.; Billon, L. Soft Matter 2010, 6, 3202. doi: 10.1039/C0SM00029A

    54. [54]

      Ghannam, L.; Manguian, M.; François, J.; Billon, L. Soft Matter 2007, 3, 1492. doi: 10.1039/B710282H

    55. [55]

      De Leon, A. S.; Malhotra, S.; Molina, M.; Calderon, M.; Munoz-Bonilla, A.; Rodriguez-Hernandez, J. Polym. Chem. 2016, 7, 4112. doi: 10.1039/C6PY00601A

    56. [56]

      Zhang, Z.; Hughes, T. C.; Gurr, P. A.; Blencowe, A.; Uddin, H.; Hao, X.; Qiao, G. G. Polymer 2013, 54, 4446. doi: 10.1016/j.polymer.2013.06.033

    57. [57]

      Wu, B. H.; Zhu, L. W.; Ou, Y.; Tang, W.; Wan, L. S.; Xu, Z. K. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 1971. doi: 10.1021/jp5119212

    58. [58]

      Fei, B.; Lu, D. L.; Shen, Q. J. Adhes. Sci. Technol. 2018, 32, 1027. doi: 10.1080/01694243.2017.1393918

    59. [59]

      Yabu, H.; Hirai, Y.; Kojima, M.; Shimomura, M. Chem. Mater. 2009, 21, 1787. doi: 10.1021/cm803476m

    60. [60]

      Fukuhira, Y.; Yabu, H.; Ijiro, K.; Shimomura, M. Soft Matter 2009, 5, 2037. doi: 10.1039/B821183C

    61. [61]

      Cui, L.; Li, B.; Han, Y. Langmuir 2007, 23, 3349. doi: 10.1021/la061769d

    62. [62]

      Cheng, C. X.; Tian, Y.; Shi, Y. Q.; Tang, R. P.; Xi, F. Langmuir 2005, 21, 6576. doi: 10.1021/la050187d

    63. [63]

      Xu, W. Z.; Kadla, J. F. Langmuir 2012, 29, 727. doi: 10.1021/la303835e

    64. [64]

      Jang, J. H.; Orbán, M.; Wang, S.; Huh, D. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 25296. doi: 10.1039/C4CP03083D

    65. [65]

      Chen, S.; Lu, X.; Zhu, D.; Lu, Q. Soft Matter 2015, 11, 7420. doi: 10.1039/C5SM01769F

    66. [66]

      Min, E. H.; Ting, S. R. S.; Billon, L.; Stenzel, M. H. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2010, 48, 3440. doi: 10.1002/pola.24129

    67. [67]

      Hernandez-Guerrero, M.; Min, E.; Barner-Kowollik, C.; Muller, A. H. E.; Stenzel, M. H. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4718. doi: 10.1039/B807495J

    68. [68]

      Pan, Y. V.; Wesley, R. A.; Luginbuhl, R.; Denton, D. D.; Ratner, B. D. Biomacromolecules 2001, 2, 32. doi: 10.1021/bm0000642

    69. [69]

      Hirvonen, S. P.; Rossi, T.; Karesoja, M.; Karjalainen, E.; Tenhu, H. Colloid. Polym. Sci. 2015, 293, 2957. doi: 10.1007/s00396-015-3693-6

    70. [70]

      Nykänen, A.; Hirvonen, S. P.; Tenhu, H.; Mezzenga, R.; Ruokolainen, J. Polym. Int. 2014, 63, 37. doi: 10.1002/pi.4559

    71. [71]

      Zhou, Y.; Huang, J.; Sun, W.; Ju, Y.; Yang, P.; Ding, L.; Chen, Z. R.; Kornfield, J. A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 4177. doi: 10.1021/acsami.6b13525

    72. [72]

      Wang, C.; Mao, Y.; Wang, D.; Qu, Q.; Yang, G.; Hu, X. J. Mater. Chem. 2008, 18, 683. doi: 10.1039/B715520D

    73. [73]

      Escale, P.; Van Camp, W.; Du Prez, F.; Rubatat, L.; Billon, L.; Save, M. Polym. Chem. 2013, 4, 4710. doi: 10.1039/C3PY00643C

    74. [74]

      Escalé, P.; Rubatat, L.; Derail, C.; Save, M.; Billon, L. Macromol. Rapid. Comm. 2011, 32, 1072. doi: 10.1002/marc.201100296

    75. [75]

      Marcasuzaa, P.; Pearson, S.; Bosson, K.; Pessoni, L.; Dupin, J. C.; Billon, L. Chem. Commun. 2018, 54, 13068. doi: 10.1039/C8CC05333B

    76. [76]

      Yin, H. Y.; Feng, Y. J.; Liu, H. B.; Mu, M.; Fei, C. H. Langmuir 2014, 30, 9911. doi: 10.1021/la501461n

    77. [77]

      Jochum, F. D.; Theato, P. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 7468. doi: 10.1039/C2CS35191A

    78. [78]

      Li, L.; Chen, C.; Li, J.; Zhang, A.; Liu, X.; Xu, B.; Gao, S.; Jin, G.; Ma, Z. J. Mater. Chem. 2009, 19, 2789. doi: 10.1039/B820279F

    79. [79]

      Wang, W.; Du, C.; Wang, X.; He, X.; Lin, J.; Li, L.; Lin, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12116. doi: 10.1002/anie.201407230

    80. [80]

      Wei, W.; Dingfeng, S.; Xiao, L.; Yuan, Y.; Jiaping, L.; Aurelia, W.; Jiwoo, Y.; Lin, W. Z.; Won, H. S.; Zhiqun, L.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2139. doi: 10.1002/anie.201712100

    81. [81]

      Wang, W.; Yao, Y.; Luo, T.; Chen, L.; Lin, J.; Li, L.; Lin, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 4223. doi: 10.1021/acsami.6b14024

    82. [82]

      Wei, W.; Fei, G.; Yuan, Y.; Shaoliang, L. Chin. J. Polym. Sci. 2018, 36, 297. doi: 10.1007/s10118-018-2087-x

    83. [83]

      徐悦莹, 王伟, 陈健壮, 林绍梁.有机化学, 2018, 38, 2161. doi: 10.6023/cjoc201803037Xu, Y. Y.; Wang, W.; Chen, J. H.; Lin, S. L. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 2161. doi: 10.6023/cjoc201803037

    84. [84]

      Cui, L.; Xuan, Y.; Li, X.; Ding, Y.; Li, B.; Han, Y. Langmuir 2005, 21, 11696. doi: 10.1021/la051376z

    85. [85]

      Cui, L.; Peng, J.; Ding, Y.; Li, X.; Han, Y. Polymer 2005, 46, 5334. doi: 10.1016/j.polymer.2005.04.018

    86. [86]

      Chen, L.; Liu, R.; Hao, X.; Yan, Q. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 264. doi: 10.1002/anie.201812365

    87. [87]

      Jie, K.; Zhou, Y.; Yao, Y.; Shi, B.; Huang, F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10472. doi: 10.1021/jacs.5b05960

    88. [88]

      Yin, H. Y; Liu, H. B.; Wang, W.; Feng, Y. J. Langmuir 2015, 31, 12260. doi: 10.1021/acs.langmuir.5b02831

    89. [89]

      Su, X.; Cunningham, M. F.; Jessop, P. G. Chem. Commun. 2013, 49, 2655. doi: 10.1039/C3cc37816k

    90. [90]

      Jessop, P. G.; Mercer, S. M.; Heldebrant, D. J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7240. doi: 10.1039/C2ee02912j

    91. [91]

      De León, A. S.; Molina, M.; Wedepohl, S.; Muñoz-Bonilla, A.; Rodríguez-Hernández, J.; Calderón, M. Langmuir 2016, 32, 1854. doi: 10.1021/acs.langmuir.5b04166

    92. [92]

      Heng, L.; Li, J.; Li, M.; Tian, D.; Fan, L. Z.; Jiang, L.; Tang, B. Z. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 7241. doi: 10.1002/adfm.201401342

    93. [93]

      Yu, X.; Xie, D.; Lan, H.; Li, Y.; Zhen, X.; Ren, J.; Yi, T. J. Mater. Chem. C 2017, 5, 5910. doi: 10.1039/C7TC01331K

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  10
  • 文章访问数:  1526
  • HTML全文浏览量:  182
文章相关
  • 发布日期:  2019-12-15
  • 收稿日期:  2019-04-10
  • 接受日期:  2019-05-15
  • 修回日期:  2019-05-14
  • 网络出版日期:  2019-12-22
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章