分級結(jié)構(gòu)材料的制備與應(yīng)用.pdf

1、分級結(jié)構(gòu)材料中的微米、納米等結(jié)構(gòu)的多尺度效應(yīng)是形成材料新功能的內(nèi)在本質(zhì)。利用不同的模板將納米粒子以不同的方式自組裝成各種分級有序結(jié)構(gòu)，是將功能單元材料按照理想的方式設(shè)計組裝成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高性能材料的有效途徑。本論文探討了基于固體模板和液體模板制備分級結(jié)構(gòu)材料的方法，研究了分級結(jié)構(gòu)材料在特殊浸潤性界面、功能顯示器件、生物分子編碼載體等領(lǐng)域的應(yīng)用。具體開展的工作如下： (一)分別以四種具有微米結(jié)構(gòu)的固體材料為模板組裝納米粒子，于微米和

2、納米兩種不同尺度的層面上構(gòu)建材料的分級結(jié)構(gòu)。第一、用垂直提拉法在具有平行溝槽結(jié)構(gòu)的美洲大閃蝶翅膀上組裝納米粒子。第二、以多孔PDMS模板限制和誘導(dǎo)納米粒子的自組裝，制備出由納米粒子組成的微米球陣列。第三、基于層層自組裝技術(shù)，在用聚電解質(zhì)包覆的微米球陣列表面連續(xù)吸附帶相反電荷的納米粒子，實現(xiàn)材料表面多尺度結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。第四、在PDMS微米球陣列模板表面以熱壓印的方法黏附結(jié)合納米粒子，制備分級結(jié)構(gòu)材料。 (二)設(shè)計和搭建了一套單分散乳

3、液液滴的發(fā)生裝置，并以乳液液滴為模板，通過蒸發(fā)溶劑的方法將乳液中的納米粒子自組裝成大小可控、尺寸均一的分級結(jié)構(gòu)材料的次級可植入性功能單元——膠體晶體微球。研究了膠體晶體微球的固化溫度、微觀結(jié)構(gòu)、色彩表達以及光譜變化，討論了影響膠體晶體微球尺寸的因素，得出微球的尺寸隨水相出口內(nèi)徑、表面張力、水相流速、粒子濃度的增大而增大，隨油相流速、油相黏度的增大而減小的結(jié)論。 (三)以低表面能物質(zhì)氟硅烷修飾分級結(jié)構(gòu)材料表面，得到了具有超高接觸角

4、(CA>165°)和極低滾動角(SA<0.5°)的超疏水界面材料。通過研究粗糙系數(shù)、空氣墊百分比、三相接觸線長度等相關(guān)參數(shù)的變化，得出了材料表面的超疏水性能隨納米結(jié)構(gòu)尺寸的增大而增大、隨微米結(jié)構(gòu)尺寸的增大而減小的結(jié)論。將溫敏性聚合物聚異丙基丙烯酰胺接枝到分級結(jié)構(gòu)材料表面，得到了溫度響應(yīng)的超親水-超疏水智能轉(zhuǎn)化材料。 (四)對膠體晶體微球應(yīng)用于陣列顯示領(lǐng)域的可行性進行了研究，以膠體晶體微球作為顯示的基本單元，通過陣列排布的方法構(gòu)建

5、了膠體晶體顯示材料和器件。成功解決了膠體晶體作為顯示材料時普遍出現(xiàn)的視角色差的問題。制備出了液晶耦合的反蛋白石結(jié)構(gòu)膠體晶體微球陣列顯示器件，利用液晶分子對外場響應(yīng)的特性，實現(xiàn)對顯示灰度的調(diào)制。 (五)將膠體晶體微球作為生物分子的固相載體應(yīng)用于多元免疫檢測，以其特有的反射峰作為載體的編碼來跟蹤和識別多元檢測中的每一個免疫反應(yīng)。探討了膠體晶體微球載體的機械穩(wěn)定性、編碼準確性、蛋白包被均勻性等問題。以其為載體的熒光免疫檢測的靈敏度可以