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)近年來不斷受到研究人員的青睞。近年來，對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。但是他們對于界面組裝的過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)識還有待于深入研究，對于影響組裝的因素例如時(shí)間、濃度、誘導(dǎo)劑類型等的研究不系統(tǒng)、不深入。因此本論文針對組裝結(jié)果與影響組裝的因素的相互關(guān)系、相變過程、組裝過程出現(xiàn)的點(diǎn)缺陷、線缺陷及部分面缺陷的原因等問題來開展研究。研究結(jié)果對于實(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。先是通過改進(jìn)的Stober法制備SiO2微球，然后采用

3、簡單的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)劑無水乙醇

4、和水對組裝結(jié)果的影響，并分別對組裝過程出現(xiàn)的缺陷原因和組裝機(jī)理進(jìn)行了分析。對于影響組裝結(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。對比組裝結(jié)果，表明納米粒子Si

5、O2，微米級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分布，因此組裝過程中容易出現(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程及機(jī)理分析。通過構(gòu)建一個(gè)限域的環(huán)境條件對微米級PS球的組裝過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，并對組裝機(jī)理從熱力學(xué)和動力學(xué)角度進(jìn)行分析。對于影響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