藉由外場導引分子自組裝奈米結構研究

分子自詛尣裝產生的多元有序相經常受環境溫度波動、雜質、分子量不均等等因素干擾有序排列也往往呈現相當多的缺陷結構。本提案新增使用外場誘導分子自组裝﹐外場導引分子自組裝奈米結構( Guided Self Assembly) 提供以外場誘導的方法，將外場聚焦定位某空間區域中，一方面提高自組裝陣列排序的效果和完整性，另一方面可提供更多種不同紋理、連續、對稱性及形狀的排序。多樣不同得有序中尺度結構可以構建諸多新穎物性﹐或提升已知物性並帶來更多方向的應用。本期研究具焦於能源和環保功能的膜材上。由外場誘導得分子自組裝建立有序的奈米結構，能有效的去藕合可移動的離子與液體滲透。經由外場誘導產生特殊紋理加大離子傳導性與中性燃料或中性液體(甲醇乙醇水份青氣氧氣) 滲透兩種物性的差距﹐是製備薄燃料電池鋰電池電解質、和太陽能固體電解質膜材料的新典範。在環保材料氣體分離膜若由極化性相差異大的兩種單體的鏈段共聚物構成則此方法也可以使用於構建最佳微奈米結構強化不同氣體分離功能的膜材。使用外場導引分子自組裝奈米結構(GSA) 方法強化高分子自組裝行為﹐同時解決了離子導電性、強化機械性、和降低燃料竄透三項特性改良的製作方法。提案第一部分將探索高分子系統在施加外加電場下受極化的機制和自我組裝行為。非結晶的高分子與極性分子偶極子或含有這些段共聚物間的自組裝受到外場的影響可能展現不同於熱力學預期的紋理結構。主要的工作是瞭解施加電場強度和施加電場的方式（AＣ，DC﹐脈衝場及電場掃描）對結構之影響。該研究的目的是為了掌握場效施用條件和材質紋理間的關係並構建製備最佳化分子自組裝奈米結構之程序。提案的第二部分將專注在了解形態演變過程和啟用新研究工具測量具優先取向膜材內電解質離子、或氣體分子的動態行為。除了以傳統形態學工具去探討在施加電場的情況下，成膜的期間的微結構演變，如微顯微切片的TEM，小角度X射線衍射和偏光顯微鏡﹐分子弛豫時間，擴散常數，和滲透測量分子動力學，以了解外場導引膜材所帶來的改進。更進一步我們將用磁共振成像（MRI）技術研究的擴散張量（DTI）瞭解電場極化膜中擴散行為及在優先取向膜材料中擴散之方向異性。期望該新影研究方法作可以對優先取向膜材微流體的材料更新的理解。提案第三部分將應用場效極化技術去改良開發新的高分子膜，通過與電場極化過程製作更優秀的膜材料。此優化的離子交換膜材料將可以在燃料電池，鋰離子電池﹐逆釩流電池或太陽能電池中;而氣體分離的膜材料的製備廣泛用於CO2和H2的純化，或是脫鹽淨水除污。這幾種功能性膜材在再生能源和環境保護上的應用上都是關鍵的技術。本研究成果有希望超越目前再生能源和環境保護科技的水準﹐為環境與能源科技帶來更多新穎和突破性的成果。本期新三年的計劃將基於先前研究基礎﹐探索外場誘導自組裝奈米結構的各項物理現象所涉及的基礎科學議題﹐並進一步將此結果使用於製備多種具功能性的分子自組裝材料。對學術的發現和產業新應用均具重要性。