زنجيرهاي پليمري دي¬الكتريك پيوندخورده به سطح كه تحت عنوان برس¬هاي پليمري شناخته مي¬شوند با روش¬هاي مرسوم توده¬ي پليمرها قادر به رسانا شدن نيستند. در اين اختراع، با ساخت نانوساختارهاي دوتايي و سه تايي برس¬هاي دي¬الكتريك پلي¬استايرن و پلي¬متيل¬متاكريلات و نانوفيبرهاي مزدوج رساناي پلي¬آنيلين روشي براي ايجاد رسانايي ارايه شد. اين روش داراي ويژگي¬هايي نظير توزيع يكنواخت و قابل كنترل نانوفيبرها به صورت ديسپرس درون مورفولوژي سطحي برس¬هاي دي¬الكتريك مي¬باشد. بنابراين علاوه بر ايجاد رسانايي براي برس¬هاي دي¬الكتريك، امكان تنظيم ميزان اين رسانايي نيز فراهم مي¬گردد. در نانوساختارهاي دوتايي ديسپرس-هايي از نانوفيبرهاي¬ پلي¬آنيلين داخل فاز ماتريس برس¬هاي دي¬الكتريك ايجاد شدند كه ديسپرسيتي قطر و تعداد آن¬ها با توجه به نوع برس دي¬الكتريك و همچنين وزن مولكولي آن متفاوت بود. در نانوساختارهاي مختلف داراي برس¬هاي دي¬الكتريك پلي¬استايرن، ديسپرسيتي قطر و تعداد نانوفيبرهاي پلي¬آنيلين به ترتيب در محدوده¬ي ](6 و 7) تا (6-10)[ نانومتر و 1395-1059 قرار داشت. در نانوساختارهاي مختلف داراي برس¬هاي دي¬الكتريك پلي¬متيل¬متاكريلات، ديسپرسيتي قطر و تعداد نانوفيبرهاي پلي¬آنيلين به ترتيب در محدوده¬ي ]6 تا ( 6و 7)[ نانومتر و 728-590 قرار داشت. ديسپرسيتي قطر و همچنين تعداد نانوفيبرهاي توزيع شده در فاز برس-هاي دي¬الكتريك پلي¬متيل¬متاكريلات همواره كمتر از مقادير مربوطه در فاز برس¬هاي دي¬الكتريك پلي¬استايرن بود. در نانوساختارهاي سه تايي متشكل از دو نوع برس دي¬الكتريك پلي¬استايرن و پلي¬متيل¬متاكريلات و نانوفيبرهاي مزدوج پلي¬آنيلين، نانوفيبرها درون مورفولوژي ماتريس برس¬هاي پلي¬استايرن-ديسپرس برس¬هاي پلي¬متيل¬متاكريلات توزيع شدند. مشخصات ديسپرسيتي قطر و تعداد نانوفيبرهاي پلي¬آنيلين توزيع شده در هر فاز با روندي مشابه نانوساختارهاي دوتايي، توسط نوع و وزن مولكولي برس دي¬الكتريك تشكيل دهنده¬ي آن فاز تعيين شد.

در اين اختراع، سوپرامولكول هاي الكترون دهنده-الكترون پذيرنده از طريق عاملدار كردن گرافن اكسيد احيا شده با 2-تيوفن استيك اسيد (rGO-f-TAA) و همچنين پيوند سطحي آن با پلي(3-دودسيل تيوفن) (rGO-g-PDDT) و پلي(3-تيوفن اتانول) (rGO-g-PTEt) ساخته شدند. اورينتيشن هاي متفاوتي نظير edge-on، face-on و flat-on براي زنجيرهاي فضاويژه ي پلي(3-هگزيل تيوفن) پترن شده بر روي سطوح گرافن كسيد احيا شده ي مختلف بدست آمد. با استفاده از آناليزهاي فتولومينسانس (PL) و فرابنش-مريي (UV-Vis) خاصيت الكترون دهندگي براي جزء پلي تيوفني و خاصيت الكترون پذيرندگي براي جزء كربني ديتكت شد. با افزايش مشخصه هايي نظير نظم ساختاري و تبادل الكتروني، پيك هاي ظاهر شده در طيف هاي PL كوئنچينگ و پيك هاي ظاهر شده در طيف هاي UV-Vis افزايش شدت و شيفت به سمت طول موج هاي بلندتر از خود نشان دادند. بهترين نتايج براي ساختارهاي هيبريدي بر پايه ي گرافن اكسيد احيا شده ي پيوند سطحي شده با پلي(3-دودسيل تيوفن) و پلي(3-تيوفن اتانول) با آرايش flat-on بدست آمد. ميزان رسانايي الكتريكي سوپرامولكول هاي ساخته شده در محدوده ي S/cm 7/10-8/3 قرار داشته است.

در اين اختراع، ساختار هاي نانويي لايه اي با لايه هاي متنوع متشكل از زيرلايه هايي پوشيده از هموبرس ها و برس هاي پليمري مختلط، از طريق رشد متوالي تك بلورهاي كوپليمرهاي قطعه اي بلورين-بي شكل، هموپليمر بلورين و يا محلولي از كوپليمرهاي قطعه اي مختلف با روش هسته گذاري و در محيط محلولي بسيار رقيق تهيه شده از حلالي مناسب ساخته شده اند. به عنوان نمونه، تك بلورهاي رشد يافته از كوپليمرهاي دو قطعه اي پلي اتيلن گليكول-پلي متيل متاكريلات به عنوان هسته براي رشد تك بلور هموپليمر پلي اتيلن گليكول مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله ي بعدي، ساختار تك بلور همبافته ي تشكيل شده به عنوان هسته براي رشد تك بلور محلول رقيق حاوي كوپليمرهاي قطعه اي پلي اتيلن گليكول-پلي متيل متاكريلات و پلي اتيلن گليكول-پلي استايرن مورد استفاده قرار گرفت. به اين ترتيب، ساختار نانويي سه لايه كه لايه ي اول از هموبرس هاي پليمري پلي متيل متاكريلات، لايه ي دوم از زيرلايه ي بدون برس پلي اتيلن گليكول و لايه ي سوم از برس هاي پليمري مختلط پلي متيل متاكريلاتي و پلي استايرني ايجاد شده اند، به دست مي آيد. بنابراين اگر همين روند براي رشد لايه هايي از نمونه هاي مختلف با قطعه ي بلورين يكسان پلي اتيلن گليكول مورد استفاده قرار بگيرد مي توان به ساختارهاي نانويي لايه اي با توانايي پاسخگويي جداگانه به محرك هاي محيطي و شناسايي منطقه-اي در هر لايه دست يافت. كوپليمرهاي دو قطعه اي بلورين-بي شكل مورد نياز براي ساخت ساختارهاي كانالي متشكل از برس هاي پليمري مختلط و همچنين ساختارهاي لايه اي پليمري داراي هموبرس هاي پليمري در اين پژوهش، با استفاده از روش هاي پليمريزاسيون زنده و يا كنترل شده قابل سنتز مي باشند كه شامل دو دسته ي كلي يوني و راديكالي هستند. به اين ترتيب كوپليمرهايي با توزيع وزن مولكولي باريك و شاخص بس پاشيدگي پايين سنتز شدند كه باعث ايجاد تك بلورهايي با سطوح و ساختار همگن و در نتيجه، برس هاي پليمري با توزيع و طول يكنواخت مي شوند. سپس هموپليمر بلورين و يا يكي از كوپليمرهاي قطعه اي سنتز شده و يا مخلوطي از دو كوپليمر قطعه¬اي سنتز شده با قطعه ي بي شكل متفاوت براي ايجاد محلولي بسيار رقيق با استفاده از حلالي مناسب در محدوده-ي غلظت 03/0-005/0 درصد وزني نمونه به حلال استفاده شدند و با استفاده از روش هسته گذاري، تك بلور آن ها با اعمال چهار مرحله ي دمايي كه شامل مراحل انحلال، تبلور اوليه، هسته گذاري و تبلور ثانويه مي باشد، رشد داده شدند. در مرحله¬ي بعدي، تك¬بلور رشد يافته به عنوان هسته براي رشد تك بلور نمونه¬ي بعدي مورد استفاده قرار گرفت. از آنجايي كه در تمامي نمونه ها قسمت بلورين يكسان بوده است لذا ساختار نانويي لايه اي از رشد جانبي هر نمونه بر روي صفحات رشد تك بلور اوليه با جهت و ضخامت اوليه ي يكسان ايجاد مي¬شود. چنين نحوه¬ي رشدي، رشد كانالي شكل مي باشد؛ بنابراين ساختارهاي لايه اي ايجاد شده را مي توان ساختارهاي همبافته ي كانالي ناميد. براي تنظيم دقيق پهناي هر لايه بايد اطلاع دقيقي از سرعت تبلور نمونه-هاي مختلف استفاده شده در ساخت هر لايه در دما و غلظت مورد نظر داشت. همان گونه كه اشاره شد به منظور ساخت نانوساختارهايي با سطوح و ساختاري همگن كه در اين اختراع مدنظر مي باشند، توزيع وزن مولكولي هموپليمر و كوپليمرهاي قطعه اي سنتز شده بايد بسيار باريك بوده و شاخص بس پاشيدگي (PDI) پايين باشد. به عنوان مثال در مورد نمونه هاي پلي اتيلن گليكول-پلي متيل-متاكريلات و پلي اتيلن گليكول -پلي استايرن سنتز شده از روش پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم در سامانه هاي پليمريزاسيون كارهاي آزمايشگاهي ما، شاخص بس پاشيدگي به ترتيب در محدوده هاي 21/1-19/1 و 16/1-13/1 قرار داشته است. همان گونه كه اشاره شد، اندازه ي جانبي و در واقع پهناي هر لايه به سينتيك تبلور ماده ي مورد استفاده در ساخت آن لايه و مدت زمان اعمال شده براي رشد لايه ي مربوطه در دما و غلظت مشخص بستگي دارد. از جمله كاربردهاي ساختارهاي كانالي متشكل از لايه هاي پوشيده از برس هاي پليمري ساخته شده از رشد تك بلورهاي كوپليمرهاي قطعه اي بلورين- بي شكل مي توان به اصلاح سطح و مقاوم سازي آن در برابر دما و PH، رهش دارو با برس هاي هوشمند، استفاده در حسگرهاي پليمري و همچنين ساخت غشاهاي پليمري اشاره نمود. براي داشتن تركيبي از خواص مختلف در يك تك لايه ي پيوندخورده به سطح، از برس هاي پليمري مختلط استفاده مي شود كه به دليل رفتار متفاوت برس هاي پليمري مختلف موجود در آن ها محدوده ي وسيعي از مورفولوژي ها و در نتيجه پاسخگويي ها را باعث مي شوند. در اين اختراع كه نانوساختارهاي لايه اي از رشد متوالي تك بلورهاي كوپليمرهاي قطعه اي بلورين-بي شكل، هموپليمر بلورين و يا محلولي از كوپليمرهاي قطعه اي مختلف ايجاد شدند، به ساختارهايي دست يافتيم كه شامل لايه هاي مختلف متشكل از هموبرس هاي پليمري، برس هاي پليمري مختلط و يا كانال هاي بدون برس بودند. بنابراين علاوه بر دارا بودن خواص هموبرس هاي پليمري و برس هاي پليمري مختلط، ويژگي بارز آن ها ايجاد سطوحي با حساسيت لايه اي و همچنين منطقه اي به محيط اطراف بوده است؛ يا به عبارتي، چنين ساختارهايي به دليل اينكه داراي كانال هاي از پيش تعيين شده از هموپليمرها و يا برس هاي پليمري بي شكل با خواص و حساسيت متفاوت نسبت به محيط اطراف خود بوده اند، قادر به پاسخگويي منطقه اي به محرك هاي محيطي مي باشند.

در اين اختراع، روش نويني براي تهيه ي برس هاي پليمري مختلط با امكان ايجاد مورفولوژي هاي ويژه و همچنين توزيع و طول يكنواختي از برس هاي مختلف با استفاده از رشد تك بلورها از محلول رقيق حاوي كوپليمرهاي قطعه اي بلورين-بي شكل مختلف با قطعه ي بلورين يكسان با روش هسته گذاري خود به خود ارائه شده است. بدين منظور كوپليمرهاي قطعه اي PEG-b-PS و PEG-b-PMMA با وزن مولكولي يكسان از قطعه ي بلورين و اوزان مولكولي متفاوت از قطعه هاي بي شكل پلي استايرن و پلي متيل متاكريلات با روش پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم (ATRP) با وزن هاي مولكولي از پيش مشخص و توزيع وزن مولكولي باريك سنتز شدند. شاخص بس پاشيدگي براي نمونه هاي PEG-b-PS و PEG-b-PMMA به ترتيب در محدوده هاي 16/1-13/1 و 21/1-19/1 قرار داشت. سپس با ايجاد محلول رقيقي حاوي اين دو كوپليمر قطعه اي در حلال آميل استات و به كارگيري روش هسته گذاري خودبه خود برس هاي پليمري مختلط با موفولوژي هاي ويژه ساخته شدند. با توجه به اينكه آميل استات در محدوده ي دمايي رشد تك بلورها (ºC32-23) نسبت به قطعه ي پلي استايرن، حلالي بسيار خوب و نسبت به قطعه ي پلي متيل متاكريلات حلالي ضعيف محسوب مي شود و از طرفي برهم كنش بين سطح تك بلور و قطعه ي پلي استايرن از نوع دافعه و در مورد قطعه ي پلي متيل متاكريلات از نوع جاذبه مي باشد، در اغلب مورفولوژي هاي تهيه شده، سهم غالب متعلق به زنجيرهاي داراي قطعه ي بي شكل پلي استايرني بوده است. نواحي مختلف به دليل داشتن اختلاف ارتفاع مشخص بين فازهاي برس هاي مختلف به واسطه ي صورتبندي هاي متفاوت پنكيك مانند و كشيده تر به ترتيب براي برس-هاي پلي متيل متاكريلات و پلي استايرن و همچنين اختلاف سختي اين دو نوع برس، به وضوح از روي تصاوير گرفته شده از ميكروسكوپ نيرويي اتمي (AFM NanoscopeIII) قابل شناسايي مي باشند. با افزايش وزن مولكولي قطعات بي شكل پلي استايرني و پلي متيل متاكريلاتي به دليل افزايش ممانعت براي حضور قطعه ي بلورين زنجيرهاي كوپليمر دو قطعه اي PEG-b-PMMA اندازه نواحي مربوط به آن ها در نمونه هايي كه نقش ديسپرس را بر عهده داشتند، كاهش مي يافت؛ لازم به ذكر است كه دماي تبلور بر روي پهنا و اندازه ي نواحي مربوط به فاز پلي متيل متاكريلات تقريباً بي تأثير بوده است. همچنين با افزايش دماي تبلور همانند هموبرس-هاي پليمري، ضخامت و به تبع آن چگالي پيوندخوردگي در نواحي مربوط به برس هاي مختلف افزايش مي يافت؛ اين تغييرات براي نواحي پوشيده از برس هاي پلي استايرني به دليل كمتر بودن فشار اسمزي برس هاي آن بر روي لايه ي بلورين بيشتر بوده است. با افزايش وزن مولكولي قطعه ي بي شكل پلي استايرني در وزن مولكولي ثابتي از پلي متيل متاكريلات، همانند هموبرس هاي پليمري تنها ضخامت و به تبع آن چگالي پيوندخوردگي نواحي پلي استايرني كاهش مي يافت. همين مطلب در مورد تغيير وزن مولكولي قطعه ي پلي متيل متاكريلات در وزن مولكولي ثابتي از پلي استايرن نيز صادق بوده است كه نشان دهنده ي اين نكته مي باشد كه هر فاز صرف نظر از حضور فاز ديگر در همسايگي آن، همانند هموبرس هاي پليمري عمل مي نمايد. همواره يكي از مهمترين اهداف ساخت برس هاي پليمري، اصلاح برخي سطوح و تهيه ي غشاهاي نانويي بوده است. هرچند راه كارهاي بسياري براي اصلاح سطح از قبيل پوشش هاي شيميايي و روش هاي مكانيكي وجود داشته است اما در دهه هاي اخير به واسطه ي حساسيت بالاي سيستم هاي پليمري و زيست-پليمري، كاربرد برس هاي پليمري براي اصلاح سطح بسيار مورد توجه بوده است كه از آن جمله مي توان به برس هاي پليمري مختلط اشاره نمود. يك مزيت بارز برس هاي پليمري مختلط اين است كه سطح اصلاح شده با تغيير شرايط محيطي قادر به تغيير وضعيت از حالتي به حالت ديگر مي باشد. رفتار برس هاي پليمري مختلط، امكان جديدي براي رفتار قابل تعويض برگشت پذير نسبت به تركيب سطح و مورفولوژي آن فراهم مي كند.