界面微納組裝的機(jī)理研究.pdf

1、微納米材料界面自組裝，特別是基于油-水的液液界面自組裝，由于其具有可控性強(qiáng)、普遍適用性、簡(jiǎn)單易行、高效、組裝形成薄膜質(zhì)量高、干擾因素小等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)不斷受到研究人員的青睞。近年來(lái)，對(duì)于微納米材料的組裝，仍僅限于實(shí)驗(yàn)探究階段，Au，Ag，Pt，SiO2，CoPt3納米粒子，1D納米結(jié)構(gòu)，2D納米片等一系列納米材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在油-水界面成功自組裝成緊密的有序堆積納米結(jié)構(gòu)薄膜。但是他們對(duì)于界面組裝的過(guò)程分析及快速組裝形成大面積單層有序薄膜的

2、機(jī)理方面的認(rèn)識(shí)還有待于深入研究，對(duì)于影響組裝的因素例如時(shí)間、濃度、誘導(dǎo)劑類(lèi)型等的研究不系統(tǒng)、不深入。因此本論文針對(duì)組裝結(jié)果與影響組裝的因素的相互關(guān)系、相變過(guò)程、組裝過(guò)程出現(xiàn)的點(diǎn)缺陷、線缺陷及部分面缺陷的原因等問(wèn)題來(lái)開(kāi)展研究。研究結(jié)果對(duì)于實(shí)現(xiàn)微納米材料大面積有序組裝，構(gòu)建納米器件有著重要的指導(dǎo)意義。本文開(kāi)展的主要研究工作和取得的重要結(jié)果如下:
　　1.單分散高的微納米顆粒的制備。先是通過(guò)改進(jìn)的Stober法制備SiO2微球，然后采用

3、簡(jiǎn)單的sol-gel法制備了SiO2@Ag核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。所得SiO2微球單分散性良好，尺寸為300nm，標(biāo)準(zhǔn)偏差接近5％，符合組裝要求。SiO2@Ag微球的單分散性良好、粒徑為350nm，表面銀納米粒子為晶態(tài)，粒徑范圍為10-50nm。
　　2.開(kāi)放環(huán)境下油水界面組裝微納米顆粒的條件及機(jī)制研究。利用培養(yǎng)皿提供的開(kāi)放環(huán)境條件在油水界面組裝單分散性SiO2、SiO2@Ag、PS(聚苯乙烯)微納米粒子，并且研究了不同的誘導(dǎo)劑無(wú)水乙醇

4、和水對(duì)組裝結(jié)果的影響，并分別對(duì)組裝過(guò)程出現(xiàn)的缺陷原因和組裝機(jī)理進(jìn)行了分析。對(duì)于影響組裝結(jié)果的主要因素組裝時(shí)間、濃度，我們也做了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明當(dāng)組裝時(shí)間為30min時(shí)，我們可以得到SiO2、SiO2@Ag大面積單層六方緊密堆積薄膜;當(dāng)水作為誘導(dǎo)劑時(shí)，在組裝約1min后就可以得到大面積約50cm2有序薄膜，而乙醇作為誘導(dǎo)劑時(shí)薄膜的有序性會(huì)更好;當(dāng)PS懸浮液濃度為0.5％時(shí)，薄膜的線缺陷更少，薄膜質(zhì)量更高。對(duì)比組裝結(jié)果，表明納米粒子Si

5、O2，微米級(jí)PS小球適合界面組裝，得到單層薄膜，可以作為構(gòu)建納米器件的模板。SiO2@Ag納米粒子，由于表面Ag納米粒予不均勻?qū)ΨQ(chēng)分布，因此組裝過(guò)程中容易出現(xiàn)大的空位和缺陷，因而不太適合界面組裝。
　　3.限域環(huán)境下微納米顆粒界面組裝的過(guò)程及機(jī)理分析。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)限域的環(huán)境條件對(duì)微米級(jí)PS球的組裝過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，并對(duì)組裝機(jī)理從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行分析。對(duì)于影響PS球組裝結(jié)果的條件如濃度、表面活性劑的用量進(jìn)行了優(yōu)化。我們發(fā)現(xiàn)在薄