外場誘導超分子自組裝動力及結構研究

自然分子自組裝多元有序相常受環境溫度波動、雜質、分子量不均等因素干擾，有序排列呈現相當多的缺陷結構。本提案使用外場誘導分子與超分子之组裝﹐經由外場導引超分子組裝納米結構( Guided Self Assembly) ，經外場效誘導的方法，將外場聚焦定位某空間區域中 產生高度有序組裝行為。此一方 法一方面提高自組裝陣列排序的效果和完整性使得在更大面積上能構建有序結構，另一方面可操控更多種不同紋理、雙連續態(Bicontinuous phase)、對稱性及形狀的排序。經由多樣不同的尺度(納米, 次微米及微米)中構建有序結構，得以提升材料物性，衍生多種新穎物性材料帶來新穎的應用。此技術也可為將來半導體次納米的製程立下良好基礎。為期三年的計劃將基於先前研究基礎探索外場誘導自組裝納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。具有基礎研究及應用突破雙方面重大影響提案第一部分將探索材料(高分子或無機納米氧化物) 系統在外加電場下極化的機制動態過程和最終的組裝行為。由於分子與極性分子偶極子與外場之作用，組裝行為將受到外場的影響展現不同於熱力學預期的紋理結構。主要是瞭解場強度和施加電場的方式（AＣ，DC﹐脈衝場及電場掃描）對組裝結構之影響。該研究的目的是為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納米結構之程序。提案的第二部分將聚焦在了解形態演變的動態過程，並開發新研究工具測量具不同的尺度 (納米, 次微米及微米)有序結構中電子、質子、離子、或氣體分子的動態行為。除傳統形態學工具如微顯微切片的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 等了解 新穎組裝材料微結構演變，分子動力學，尋找外場導引所帶來的改進；更進一步我們將用磁共振成像（MRI）技術研究量度擴散張量(DTI）組裝材料擴散行為及方向異性。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提供更新的理解。提案第三部分將以場極化方法製備優秀物性的功能性材料藉此超越目前再生能源和環境保護科技的瓶頸。系統涵蓋了結構密緻度 (吸水量最少) 酸鹼性錯合物高分子，到阻水性高的有機/無機物複合高分子；具有高週期規律的嵌段共聚高分子（Block -Copolymer），到孔隙最大組以阻水性強的Glassy polymer 複合高分子，涉及的不同級次有序結構。前述場效極化技術建立有序的特殊組裝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，為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。使用外場導引分子自組裝納米結構(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目標。此優化離子交換膜材料將可以應用在燃料電池，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。