水相膠體銀納米顆粒微波控制蒸發(fā)組裝的研究.pdf

1、將納米尺度的材料(例如納米顆粒)有序組裝，是實現(xiàn)其特定功能應(yīng)用的關(guān)鍵。蒸發(fā)自組裝是其中易于實現(xiàn)、成本低、可大規(guī)模操作的一種方法。然而由于液體蒸發(fā)時內(nèi)部不穩(wěn)定，組裝結(jié)果多為耗散結(jié)構(gòu)，缺乏有序性。傳統(tǒng)的控制蒸發(fā)自組裝的方法可以使所成結(jié)構(gòu)有序化，然而這些結(jié)構(gòu)尺寸多在納米尺度以上。
　　微波作為一種非傳統(tǒng)加熱源，已被廣泛用于納米材料的合成。相比于傳統(tǒng)加熱手段，微波具有迅速、高效、可選擇性加熱、均勻致熱等優(yōu)點(diǎn)。然而，將微波作為以納米材料為基

2、元的組裝調(diào)控手段，鮮有報道。因此，研究微波場下的膠體納米顆粒的組裝行為，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　本文圍繞利用微波輻照結(jié)合限定幾何結(jié)構(gòu)開展調(diào)控水溶劑膠體納米顆粒的蒸發(fā)自組裝的研究，主要做了以下幾方面工作：
　　1.通過分析水平基板上納米顆粒的膠體溶液形成的靜液滴(sessile drop)蒸發(fā)形成“咖啡環(huán)”的過程，基于“過剩自由能”模型的多環(huán)(multi-rings)成因以及促成不規(guī)則網(wǎng)格狀圖案的“雷利-伯納德

3、渦流”，結(jié)合微波輻照下極性溶劑(例如水)和微波相互作用的機(jī)理，從理論上分析了微波場輔助水相膠體納米顆粒蒸發(fā)自組裝形成規(guī)整結(jié)構(gòu)的可能性，并利用水相磁性氧化鐵納米顆粒在水平基板上，由微波場輔助做了簡單的蒸發(fā)自組裝驗證推測的正確性。
　　2.為進(jìn)一步調(diào)控液滴蒸發(fā)時內(nèi)部毛細(xì)流以及三相線的運(yùn)動行為，引入球面/平面的限定幾何機(jī)構(gòu)，使用水相聚乙烯醇包覆的納米銀顆粒做基礎(chǔ)模塊(building block)，在微波輻照下，由于三相線做規(guī)則的“粘滯

4、-滑動”運(yùn)動，隨三相線向球面/平面蒸發(fā)收縮，邊緣形成了梯度同心環(huán)狀組裝結(jié)構(gòu)。通過調(diào)控水相膠體銀的濃度以及微波輸出功率，可以改變環(huán)寬度、高度以及環(huán)間距；通過改變基底的粗糙度，以及上底的形狀，我們可以得到不同形貌和尺寸的組裝結(jié)構(gòu)。
　　3.為進(jìn)一步抑制影響規(guī)則同心環(huán)形成的“雷利-伯納德”渦流，引入樹脂器皿，使膠體在微波下蒸發(fā)時其周圍有更大的蒸汽壓；實驗發(fā)現(xiàn)，環(huán)形組裝結(jié)構(gòu)更趨于規(guī)整，并且蒸發(fā)過程中液滴環(huán)境蒸汽壓如果接近飽和蒸汽壓，微米級