利用单轴有序纤维素纳米晶体组装薄膜表面进行外延结晶的研究
发布时间：2020-08-20 14:23
【摘要】：纤维素纳米晶体(CNC)是一类重要的一维生物质纳米颗粒,一方面,其表面及体相表现出纤维素晶体结构信息;另一方面,表面大量极性基团的存在,使其在水体系中具有优异的分散性能,可以通过一系列组装手段获得多重代表性介观结构,如液晶、凝胶、有序组装体等。本论文首先发展了利用提拉法获得面内单轴取向纳米纤维素薄膜的方法,并利用上述薄膜作为模板,分别实现了药物有机分子和代表性结晶高分子的取向外延结晶。对于有机小分子药物,以吲哚美辛为例,我们通过旋涂法在单轴有序CNC基底表面制备了药物的液态前驱体薄膜,并将复合薄膜置于溶剂蒸气环境中促进其结晶,最终制备出高度有序的晶体阵列。我们使用多种表征手段对晶体阵列的三维取向进行分析并利用分子动力学模拟探究了外延生长的机理。对于结晶性高分子体系,我们在单轴取向的CNC薄膜上外延结晶出聚己内酯(PCL)薄膜,并利用X射线衍射,小角、广角X射线散射,以及多种显微成像技术对其进行表征,证明了其片晶结构的高度三维取向,并发现聚己内酯薄膜面内取向与基底中CNC颗粒的排列方向存在一个固定的夹角。我们进一步研究了 CNC薄膜对PCL异相结晶的成核促进作用。此外,我们利用分子动力学模拟研究了 PCL和CNC之间的晶体结构匹配关系,发现两种晶体间的分子氢键相互作用是异相成核的主要驱动力。面内单轴取向CNC薄膜亦成功诱导其他两种高分子取向结晶,进一步验证了氢键相互作用是CNC薄膜诱导结晶高分子取向结晶的关键因素。值得强调的是,我们的组装方法以一维纳米颗粒的水溶胶为原料,采用提拉法进行面内单轴取向薄膜基底的制备。此方法绿色高效,可以实现高通量,连续性的生产,有潜在的工业应用价值。另外,我们深入探究了有序CNC基底对外延有机小分子和结晶性高分子的三维晶体取向和结晶动力学的影响,并实现了曲面基底上的有序组装和外延结晶。基于有序纳米组装体的基底可以用于各类功能薄膜材料的制备,为各种柔性功能器件的集成制造开拓了思路。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2
【图文】：
第一章绪论逡逑例如，Ａｎｄｒｅａ邋Ｔａｏ等利用ＬＢ膜技术制备了银纳米线有序薄膜。他们首先从制备的逡逑产物中筛选出尺寸较为均一的银纳米线（直径４５．３±３．６ｎｍ，长径比４５±５），然后将纳米线逡逑进行疏水化处理并分散到ＣＨＣｂ中。随后将银纳米线分散到水面上，由于经过疏水化处理并逡逑且表面压力为零，因此纳米线不发生团聚且杂乱得铺展在水面上，呈现出透明的特征。接着逡逑逐渐升高薄膜表面的压力，当压力升高到１４邋ｍＮ邋ｎｒ１时，该单层薄膜发生莫特绝缘体－金属逡逑（Ｍｏｔｔ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－ｔｏ－ｍｅｔａｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）转变，开始呈现出金属光泽。最终制备出面积可达到２０逡逑ｃｍ２的单层银纳米线薄膜，并且通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）显微照片发现薄膜中银纳米线逡逑的排列于水槽边缘几乎平行（图ｌ－２ａ－ｄ）。逡逑
ｇｇａｎ－；ｙ＾ｉ？：ｏ＾ｉｉＭＰ邋．ｔｍ＾逦８ＨＢＨ６ｌＨＨＢＥｌ？Ｅ５ｌＢＳ＾ａＳＢ５Ｓｔ２３３！９９ＨＩ逡逑图１－２：邋ＬＢ膜技术制备的有序单层银纳米线薄膜转移到硅片上后的ＳＥＭ照片（不同放大倍逡逑率）。［１0］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２．邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋（ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｉｌｖｅｒ邋ｎａｎｏｗｉｒｅ邋ｍｏｎｏｌａｙｅｒ邋ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ逡逑ｏｎ邋ａ邋ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｗａｆｅｒ．邋［１０］逡逑ＬＢ膜技最大的优点是可以制备单层有序液晶薄膜，同时也可以逐层制备形成多层的ＬＢ逡逑膜，操作过程相对简单经济，具有大规模工业化生产的前景。但该方法也有一定的缺点：首逡逑先就是在微观尺度下ＬＢ膜制备的液晶组装体的有序度较高（图ｌ－２ｃ，邋ｄ），但是长程上观察逡逑薄膜的有序度就会降低很多，并且是由很多取向各异的向列相区域组成的（图ｌ－２ａ，邋ｂ），无逡逑２逡逑
１０逦？０？逦４０逦５０逦６０逦７０逡逑２０邋（ｄ？＾ｆｅｏ）逡逑图１－３：邋（ａ）使用划片涂覆的方法制备纳米棒取向薄膜的示意图。（ｂ）取向的ＬａＰ0４纳米棒逡逑薄膜表面的ＳＥＭ图片和截面图（比例尺分别是５００邋ｎｍ——上部和右部的图片，以及１００邋ｎｍ逡逑——左部的图片）。（ｃ）邋ＬａＰ０４纳米棒的粉末样品和取向排列薄膜的ＸＲＤ图谱以及相应的晶逡逑面指示。星号标记的包峰是无定形的玻璃基底造成的。［１６］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３．邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｌｉｇｎｅｄ邋ｎａｎｏｒｏｄ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍｓ邋ｂｙ邋ｔｈｅ邋ｂｌａｄｅ？逡逑ｃｏａｔｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ，邋（ｂ）邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ａｎ邋ａｌｉｇｎｅｄ邋ＬａＰ0４邋ｎａｎｏｒｏｄ邋ｆｉｌｍ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ａｎｄ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋（ｓｃａｌｅ逡逑ｂａｒｓ邋ｉｎｄｉｃａｔｅ邋５００邋ｎｍ邋－邋ｕｐｐｅｒ邋ａｎｄ邋ｒｉｇｈｔ，邋ａｎｄ邋１００邋ｎｍ邋－邋ｌｅｆｔ），邋（ｃ）邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋ＬａＰ0４邋ｎａｎｏｒｏｄｓ逡逑ｐｏｗｄｅｒ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ａｌｉｇｎｅｄ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ｉｎｄｅｘａｔｉｏｎ．邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｒｒｅｄ邋ｂｒｏａｄ邋ｂａｎｄ邋ａｐｐｅａｒｓ逡逑ｄｕｅ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ａｍｏｒｐｈｏｕｓ邋ｇｌａｓｓ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．［】６】逡逑３逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2
【图文】：
第一章绪论逡逑例如，Ａｎｄｒｅａ邋Ｔａｏ等利用ＬＢ膜技术制备了银纳米线有序薄膜。他们首先从制备的逡逑产物中筛选出尺寸较为均一的银纳米线（直径４５．３±３．６ｎｍ，长径比４５±５），然后将纳米线逡逑进行疏水化处理并分散到ＣＨＣｂ中。随后将银纳米线分散到水面上，由于经过疏水化处理并逡逑且表面压力为零，因此纳米线不发生团聚且杂乱得铺展在水面上，呈现出透明的特征。接着逡逑逐渐升高薄膜表面的压力，当压力升高到１４邋ｍＮ邋ｎｒ１时，该单层薄膜发生莫特绝缘体－金属逡逑（Ｍｏｔｔ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－ｔｏ－ｍｅｔａｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）转变，开始呈现出金属光泽。最终制备出面积可达到２０逡逑ｃｍ２的单层银纳米线薄膜，并且通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）显微照片发现薄膜中银纳米线逡逑的排列于水槽边缘几乎平行（图ｌ－２ａ－ｄ）。逡逑
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１０逦？０？逦４０逦５０逦６０逦７０逡逑２０邋（ｄ？＾ｆｅｏ）逡逑图１－３：邋（ａ）使用划片涂覆的方法制备纳米棒取向薄膜的示意图。（ｂ）取向的ＬａＰ0４纳米棒逡逑薄膜表面的ＳＥＭ图片和截面图（比例尺分别是５００邋ｎｍ——上部和右部的图片，以及１００邋ｎｍ逡逑——左部的图片）。（ｃ）邋ＬａＰ０４纳米棒的粉末样品和取向排列薄膜的ＸＲＤ图谱以及相应的晶逡逑面指示。星号标记的包峰是无定形的玻璃基底造成的。［１６］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３．邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｌｉｇｎｅｄ邋ｎａｎｏｒｏｄ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍｓ邋ｂｙ邋ｔｈｅ邋ｂｌａｄｅ？逡逑ｃｏａｔｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ，邋（ｂ）邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ａｎ邋ａｌｉｇｎｅｄ邋ＬａＰ0４邋ｎａｎｏｒｏｄ邋ｆｉｌｍ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ａｎｄ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋（ｓｃａｌｅ逡逑ｂａｒｓ邋ｉｎｄｉｃａｔｅ邋５００邋ｎｍ邋－邋ｕｐｐｅｒ邋ａｎｄ邋ｒｉｇｈｔ，邋ａｎｄ邋１００邋ｎｍ邋－邋ｌｅｆｔ），邋（ｃ）邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋ＬａＰ0４邋ｎａｎｏｒｏｄｓ逡逑ｐｏｗｄｅｒ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ａｌｉｇｎｅｄ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ｉｎｄｅｘａｔｉｏｎ．邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｒｒｅｄ邋ｂｒｏａｄ邋ｂａｎｄ邋ａｐｐｅａｒｓ逡逑ｄｕｅ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ａｍｏｒｐｈｏｕｓ邋ｇｌａｓｓ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．［】６】逡逑３逡逑
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本文编号：2798083
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