北京大学化学与分子工程学院范星河教授

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范星河，北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、PI。长期从事液晶高分子、特殊功能高分子、高分子凝聚态等的研究。在新型液晶高分子、光电功能高分子、固态聚电解质等研究方面取得了重要成果。近年来在可溶性聚芳酰胺研究方面获得了具有工业应用前景的进展。作为项目负责人或技术骨干承担国家自然科学基金重点项目、面上项目及科技部973、863等十余项。近五年来，在国际著名学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Comm.、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Mater. Chem.、Macromolecules、Polym. Chem.、Soft Matter等发表SCI检索论文40余篇，撰写编著《高分子化学》（北京大学出版社，2013）、《高分子工程基础》（化学工业出版社，2013）等多本著作，获授权中国发明专利7项，申请中中国发明专利3项、PCT 1项。


范星河 教授
化学楼W505室；电话：62751726
Email：fanxh@pku.edu.cn

所属研究组：周其凤研究组
1982.1 毕业于浙江大学, 学士;
1982.2-1995.3, 江苏省化工研究所 工程师;
1997.3, 国立日本鹿儿岛大学研究生院 研究生;
1999年, 获1998年度国际Rotary奖学金;
2000.3, 国立日本鹿儿岛大学研究生院 博士;
2000.4- 2010.5 北京大学副教授;
2010.5- 至今 北京大学教授。

翻译、编著：
1）谢晓凤、范星河，燃料电池技术，化学工业出版社，2004，3
2）周其凤、范星河、谢晓凤，耐高温聚合物及复合材料，化学工业出版社， 2004，9
3）范星河，图解液晶聚合物（中英对照），化学工业出版社，2005，2

主讲课程：高分子综合实验、高分子反应工程
近几年承担科研项目
1. 铁电性液晶高分子结构与性能研究，教育部留学回国人员基金项目，项目负 责人
2. 共轭型外场调控聚合物的设计与合成 (20274003) ，国家自然科学基金委面上 项目，项目负责人
3. 耐超高温聚合物基体树脂制备及其复合材料 (2001AA335050 ) ，国家科学技 术部 863 项目 ，子项目负责人
4. 甲壳型电致发光高分子的分子设计、合成与性能研究 ( 重点 104005) ，教育部 科学技术研究 重点项目 ，项目负责人
5. 先进聚合物基复合材料的多层次结构和性能研究 (2003CB615605) ，国家重点 基础研究发展计划（ 973 计划 ），主要参加人
6. 甲壳型共轭液晶聚合物的分子设计、合成与性能研究 (20574002) ，国家自然科 学基金委面上项目，项目负责人   
7. 新型液晶高分子材料的研究 ( 重点 01001) ，教育部科学技术研究 重点项目 ，主要参加人
8. 聚烯烃主链液晶高分子的设计、合成及新材料研究 (20134010) ，国家自然科学基金 重点项目 ，主要参加人
9. 香蕉形铁电性液晶高分子的合成与性能研究，高等学校博士学科点专项科研基金面上项目，主要参加人
10. 硅杂化聚芳醚（酮）类耐高温基体树脂的分子设计、合成与性能研究 （ 2047004 ），国家自然科学基金面上项目，主要参加人

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由于其丰富的自组装结构及在微电子、能源、环境等多领域的潜在应用，近年来嵌段共聚物受到广泛的关注。与传统的柔-柔型嵌段共聚物相比，含刚性链段的嵌段共聚物因组成链段间的构象不对称性和刚性链之间的相互作用而表现出更复杂的相行为，也容易呈现出一些特殊的结构，如Fddd相。作为一种尺寸和形状可控性特别优异的刚性链段，甲壳型液晶高分子已被成功用于构筑刚-柔和刚-刚型两嵌段共聚物、ABA和ABC型三嵌段共聚物等体系。

这些嵌段共聚物可以形成多层次结构，包括十至几十纳米的嵌段共聚物的微相分离结构和数纳米的甲壳型液晶高分子的液晶相结构。嵌段共聚物的自组装结构以及具有高热稳定性的甲壳型液晶高分子的液晶相使所得嵌段共聚物在液晶性热塑性弹性体、固态聚合物电解质等方面表现出优异的性能和良好的应用前景。

北京大学化学院沈志豪副教授/范星河教授等系统评述了由甲壳型液晶高分子作为刚性链段构筑的多类嵌段共聚物的自组装和性能，总结了近年来该领域的最新研究进展及在发展中所面临的主要问题，并对其发展趋势进行了展望。

专论强调在含刚性甲壳型液晶高分子链段的嵌段共聚物的功能化以及化学结构-形态-性能之间关系研究方面还存在着不足。作者进一步展望：在对此类嵌段共聚物体系的设计合成、凝聚态结构表征等基础上，今后的研究重点将是对它们进行功能化和应用探索，以促进相关新材料的开发和应用。

参考文献

Self-Assembly and Properties of Block Copolymers Containing Mesogen Jacketed Liquid Crystalline Polymers as Rod Blocks

Xiao-Lin Lyu, Hong-Bing Pan, Zhi-Hao Shen, and Xing-He Fan

Chinese Journal of Polymer Science，2018，36(7)

doi: 10.1007/s10118-018-2115-x

链接地址：

https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-018-2115-x

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北京大学范星河教授课题组在不对称嵌段共聚物刷自组装上取得新进展

 嵌段共聚物可以自组装得到丰富的纳米结构，在光子晶体、太阳能电池、纳米反应器、刺激响应材料、纳米光刻等方面具有广泛的应用前景。目前，研究较多的是线性嵌段共聚物的自组装。对于线性嵌段共聚物，其组装尺寸一般在10-100nm之间，难以得到更大尺寸的组装结构，从而限制了其应用。以聚降冰片烯为主链的嵌段共聚物刷可以得到超过100 nm的组装结构，但目前对于侧链不对称的嵌段共聚物刷的组装形貌还缺乏系统研究，此外，嵌段共聚物刷大多通过“grafting from”的方式制备，接枝不完全，无法精确解释相转变。

  针对不对称嵌段共聚物的自组装，周其凤教授团队通过“grafting through”的方式制备得到侧链完全接枝的主链为聚降冰片烯，侧链含有聚苯乙烯和聚二甲基硅氧烷的不对称嵌段共聚物刷。通过控制催化剂与单体的投料比制备得到了高分子量的聚合物刷，同时通过调节两个单体之间的投料比得到了多组不同组成的共聚聚合物刷。该团队对该不对称嵌段共聚物的本体组装行为进行了系统研究，发现其在较大体积分数范围内容易形成具有弯曲界面的柱状以及球状形貌，而这一结果主要与由侧链不对称而引起的聚合物链的形状不对称性有关。由于其组装尺寸较大，可以选择性反射紫外光。该工作为聚合物本体柱状及球状形貌的组装结构的分子设计提供了新策略。

 以上相关成果分别发表在Polymer（Polymer 2018, 156, 169-178），Polymer Chemistry（Polymer Chemistry 2018, DOI: 10.1039/c8py01467a）上。论文的第一作者为北京大学化学与分子工程学院博士生王倩，通讯作者为沈志豪副教授/范星河教授。

  论文链接：

  https://doi.org/10.1016/j.polymer.2018.10.007

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/py/c8py01467a

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 北京大学范星河教授课题组在超分子型液晶嵌段共聚物自组装领域取得新进展

嵌段共聚物能够微相分离形成尺寸10-100 nm的有序结构，在纳米科技领域具有广泛的应用。对于AB型两嵌段共聚物来说，要想得到某种特定结构，必须控制某一链段的体积分数在一定范围内。传统共价连接的嵌段共聚物在合成上很难保证每次的聚合度及分散度完全一致，对于重复性的获得一些相区较窄的结构来说相对困难。换一种思路，如果保证嵌段共聚物主链的聚合度和分散度一致，通过非共价键向某一链段接枝不同的小分子基元，不仅能否连续改变其中某一链段的体积分数，而且可以比较不同小分子基元对嵌段共聚物组装的影响。

  沿着这一思路，北京大学周其凤院士团队制备了一段为PDMS，一段为羧基官能化的甲壳型高分子的刚柔嵌段共聚物，利用氢键接枝了苯乙烯基吡啶小分子来调控甲壳型链段的体积分数。研究发现，当小分子氢键键合到甲壳型链段中后，超分子复合物优先自组装形成六方柱状相。庞大的共轭基元使刚柔两链段间产生一个弯曲的界面，形成超分子楔形单元，楔形单元进一步组装形成柱状相。当氢键给受体的复合比例超过50%时，超分子链段体现出“甲壳”效应，在微相分离的受限空间内形成小尺度的液晶相，形成多级有序的纳米结构。

超分子型液晶嵌段共聚物DmM1Hn(NC6)x的柱状相形成机理示意图

  为了获得其他的组装结构，在接枝的小分子与甲壳型主链间引入柔性间隔基以破坏甲壳型链段间的共轭结构。因此，含盘状液晶基元的超分子型液晶嵌段共聚物DmM3Hn(PHTC6)x被制备并研究。

  随着甲壳型链段聚合度的增大及氢键给受体复合比例的升高，超分子复合物微相分离形成了以PDMS为连续相的六方柱状相，层状相和反相六方柱状相，其尺寸在30-50 nm。当氢键给受体复合比例较高时，甲壳型链段在sub-10 nm尺寸上可以形成近晶A相（SmA），盘状基元可以自组装形成更小尺寸盘状向列相（ND），从而获得不同尺度的多级有序结构。

  这种制备超分子型液晶嵌段共聚物的策略为比较不同小分子基元对嵌段共聚物自组装行为的影响及制备多级有序纳米结构方面具有较好的指导意义。通过氢键的可逆性，利用选择性溶剂洗涤接枝的小分子，这种超分子型液晶嵌段共聚物有望应用于纳米模板和多孔材料等领域。

  以上相关成果发表于Macromolecular Chemistry and Physics (Macromol. Chem. Phys., 2018, 219, 1700593.), Macromolecules (Macromolecules, 2018, 219, 1700593.)和Polymer Chemistry (Polym. Chem., 2019, DOI: 10.1039/c8py01726c )。论文的第一作者为北京大学化学与分子工程学院博士生潘洪兵，通讯作者为沈志豪副教授/范星河教授。

  论文链接：

  http://dx.doi.org/10.1039/C8PY01726C

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.201700593

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.macromol.8b00806