中文摘要：

本项目以微流控技术在纳微宏跨尺度下构筑高性能量子点光子晶体聚合物微珠为目标，从大分子单体制备功能化量子点及核壳结构水凝胶聚合物微球及其两者间的分子组装入手，借助微通道导管的设计以及流体行为的调节，掌握微流控技术在纳微宏跨尺度下量子点光子晶体微珠精密构筑制备的新方法。揭示量子点在聚合物微球中呈均匀、热力学稳定的细观结构成因机理、微结构传递与性能变化关系规律及量子点在光子晶体界面及其微结构有序调控、演变规律。探索折射率、晶体参数和光电调控一体化的杂化光子晶体微珠集成规律。探索量子点和聚合物微球分别在光子晶体微珠有序微结构中的有效调控、演变规律及相关理论。利用量子点的量子限域效应和光子带隙的相互协调作用，开发此光子晶体微珠在光电和化学环境响应领域的新应用。以期实现此微珠结构与功能的调控集成操纵的统一。为我国在纳/微/宏跨尺度下利用微流控技术构筑新型功能材料奠定坚实的理论与技术基础。

结论摘要：

利用纳微宏多层次结构构筑与分子组装手段制备综合性能卓越的先进复合材料一直是学者们孜孜以求的重要目标之一。本项目通过表面改性、接枝、催化链转移聚合等技术以及界面组装、溶剂热和原位生成等方法合成了性能优异的与聚合物有良好相容性的功能化量子点，借助现代多种分析手段揭示纳米粒子功能化生长过程中粒子表面官能团的结构组成以及配体与纳米粒子的相互作用情况，解决了适合于光电杂化材料体系的纳米粒子功能化问题和无机纳米材料与聚合物纳米微粒的相容性问题，为无机有机复合材料的构筑奠定了基础。采用多种功能大分子单体构筑壳层为环境敏感的水凝胶单分散核壳聚合物微球，利用聚合物微球壳层与量子点纳米晶表面配体间的氢键或静电等作用力对量子点实施诱捕，同时利用不同环境下壳层水凝胶微孔的胀缩性质对量子点实施嵌合。通过合理设计大分子配体调控量子点的生长过程，考察量子点与亚微米单分散聚合物微球纳-微界面互连的界面问题；研究界面的键合机理、力学行为及跨尺度效应和量子效应及其耦合作用机制，制备了结构、性能可控的量子点-聚合物微球杂化微球。进一步，基于微流控模板技术实现了无机纳米粒子与聚合物、荧光与光子晶体带隙的“精密复合”，得到了一系列的无机有机多功能杂化微球材料，如聚丙酰胺-光子晶体微球复合微球、负载CdS纳米晶光子晶体杂化微球、磁性聚合物荧光Janus微珠以及磁性光子晶体Janus微珠。同时，在微流控实施过程中，研究流体流速、表面张力、微通道形状等参数对杂化微球的组装行为及微珠的最终形态与性能的影响，并研究杂化微球的运动及组装过程的相互作用等行为，发展了微流控技术在纳微宏跨尺度下的量产“精密复合”光子晶体微珠的新技术，建立了折射率、晶体参数和光电调控一体化的光子晶体微珠制备新方法。最后，探索和研究了多功能微珠在生物编码、DNA检测、以及环境响应等多方面的应用，为开发光子晶体微珠在光电和化学环境响应领域的应用提供了新思路。目前已在国内外重要学术刊物及会议上发表与该项目有关的论文40多篇，其中SCI收录论文37篇，影响因子大于9.0的论文6篇，其中包括Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Edit.和J. Am. Chem. Soc.等国际知名期刊，这些研究成果得到了国际同行科学家的广泛关注和肯定。申请中国发明专利10项。培养博士6名和硕士5名。