特殊浸润性纳米材料的制备及其在水下液滴输运中的应用
[Abstract]:Microdroplet manipulation has been widely used in micro-chemical reaction, biological analysis, controlled drug release, non-destructive droplet transport and synthesis of nanomaterials due to its advantages of high analytical accuracy and low environmental pollution. But there are many problems such as high manufacturing cost of droplet control equipment, inflexible operation mode and volatilization of droplet itself, which limit the development of micro-droplet control technology. In order to solve the above problems, the oil droplets were adsorbed or encapsulated by superhydrophobic or underwater super-hydrophobic nano-materials, and then the controllable transport of oil droplets in water was realized by magnetic, thermal and optical means, respectively. The oil droplet transport method was used to realize the efficient and rapid mixing and reaction of different kinds of organic reagents in water. The research results of this paper will have an important application prospect in micro chemical reaction and micro component analysis in water. Three dimensional porous magnetic Fe (Co or Ni) / C composites were prepared by self-assembly and high temperature sintering with polystyrene (PS) microspheres as template. The obtained nanocomposites have the characteristics of super hydrophobic and super oil-lipophilic without the treatment of low surface energy materials and can rapidly adsorb different kinds of oil on the water surface. Under the control of magnetic field, the oil-adsorbed composite can be transported freely in the water, and the oil on the water can be brought into contact with the oil droplets under the water, thus realizing the effective mixing of organic matter of different densities in the water. The adsorbed oil can also be removed from the water under the control of magnetic field, thus achieving the purpose of effective separation of oil and water mixtures. Because Fe (Co or Ni) / C composites have good acid and alkali resistance, this magnetically controlled oil droplet transport method can be used in many water environments. In order to realize the vertical transport of oil droplets to water, Sio _ 2 (Fe _ 3O _ 4 or PS) -PNIPAm nanomaterials with temperature response characteristics are used as oil droplet transport tools in this paper. At room temperature, nanoparticles are encapsulated on the surface of underwater oil droplets to form a close coating. The coated nanoparticles can effectively isolate the oil droplets from the substrate and avoid the pollution and loss of the oil droplets caused by contact with the substrate. In addition, this layer can effectively seal the oil droplet by adjusting the temperature of the bubble. By controlling the size of the bubble volume in the oil droplet, the controllable transport of the oil droplet to the water is realized, and the multiple round-trip movement of the oil drop in the water is also realized. In addition, the magnetic Fe3O4-PNIPAm nanomaterials can also be used to regulate the transport direction of droplets. In this paper, the effective mixing of CHCl3CHS2Cl2 or CCl4 and surface oil droplets (dodecane, etc.) under the control of no external force has been realized through this temperature-controlled transport mode. In order to control the transport process of droplets under water more accurately, the oil droplets were encapsulated with Fe3OStack4 @ PDA-Core-shell structure nanomaterials with photothermal conversion characteristics. The nanomaterials were prepared by polymerizing dopamine on the surface of Fe _ 3O _ s _ 4 nanoparticles under alkaline conditions. After the coating layer was irradiated by near infrared laser, the bubble volume in the package oil droplet could be adjusted by controlling the irradiation condition of the near infrared laser to achieve the purpose of the controllable transport of the liquid drop from the underwater to the water. This kind of droplet transport controlled by laser can realize the hovering of droplets in water and the operation of multiple round trips and so on. In addition, under the action of magnetic field, the envelope layer of the oil droplet surface can be reversible opened and closed, thus realizing the regulation of the composition and volume of the oil droplet under water. This light-controlled liquid droplet operation mode will provide a novel and simple method for the operation of underwater intelligent microreactor.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1
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