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，是實現其特定功能應用的關鍵。蒸發(fā)自組裝是其中易于實現、成本低、可大規(guī)模操作的一種方法。然而由于液體蒸發(fā)時內部不穩(wěn)定，組裝結果多為耗散結構，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構有序化，然而這些結構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。然而，將微波作為以納米材料為基

2、元的組裝調控手段，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用價值。
　　本文圍繞利用微波輻照結合限定幾何結構開展調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)則網格狀圖案的“雷利-伯納德

3、渦流”，結合微波輻照下極性溶劑(例如水)和微波相互作用的機理，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)整結構的可能性，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.為進一步調控液滴蒸發(fā)時內部毛細流以及三相線的運動行為，引入球面/平面的限定幾何機構，使用水相聚乙烯醇包覆的納米銀顆粒做基礎模塊(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)狀組裝結構。通過調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構。
　　3.為進一步抑制影響規(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，環(huán)形組裝結構更趨于規(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