F127引导的单分散补丁二氧化硅和聚多巴胺纳米颗粒的可控合成

发布时间：2020-10-18 14:37

　　 补丁纳米颗粒,由于其非对称的各向异性结构和特性,在生物医药、光电子、光子晶体等领域有着广阔的应用前景,已得到研究者的广泛关注。虽然目前制备补丁纳米颗粒的方法有很多,但是普遍存在制备步骤繁琐,补丁颗粒与模板剂分离困难,补丁纳米颗粒尺寸为几百纳米,补丁结构和形貌不可控等问题。本文发现了一种可以在几十纳米尺度上精确调节补丁形貌的补丁纳米颗粒的制备方法,并可以通过简单的实验步骤加以完成,不需要前期模板剂的制备以及后期的分离操作。合成的补丁纳米颗粒胶体分散液表现出良好的稳定性和分散性,粒径大小可调,且补丁分布均匀;同时该方法普适性好,可以合成粒径在几十到几百纳米范围内的无机和有机高分子聚合物的补丁纳米颗粒。本文主要研究了两种纳米材料的合成方法。合成材料包括二氧化硅及聚多巴胺纳米小球和与之相应的补丁纳米颗粒,合成方法则采用碱性氨基酸辅助制备粒径窄分布的光滑二氧化硅纳米小球,再用嵌段共聚物引导在二氧化硅光滑表面生长出纳米补丁。与此同时,将St?ber方法合成的同样具有粒径窄分布的光滑二氧化硅纳米小球用作对比材料。结果发现,在碱性氨基酸的作用下,油水两相的反反应速率较低,利于合成50 nm以下的单分散的二氧化硅纳米小球。与此同时,对碱性氨基酸作用下,醇水均相体系中合成单分散聚多巴胺纳米小球的方法进行了研究,分析了乙醇以及氨基酸的添加量对于聚多巴胺纳米小球合成形貌的影响;并使用精氨酸做碱源,F127作为结构导向剂,在不同粒径的光滑聚多巴胺纳米小球表面选择性沉积新的聚多巴胺纳米颗粒,进而形成补丁状形貌。本文深入研究了前驱体的加入量以及加料方式,嵌段共聚物的种类,以及有机溶剂如乙醇、二氧六环的加入对补丁形貌的影响;并提出嵌段共聚物胶束吸附模型用于诠释补丁纳米颗粒的合成机理。聚多巴胺作为一种优质碳源,可以合成氮掺杂的高含氮量石墨相的碳,从而应用在电化学领域。目前而言,碳球的合成很普遍,但是纳米级单分散的碳球的合成依然是一个挑战,本文的第四章探索性地合成了单分散的碳球。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.2;TQ317;TB383.1
【部分图文】：

第 1 章 文献综述丁颗粒 补丁颗粒的定义及应用丁颗粒是指颗粒的表面有精确控制的形貌或者是相互作用特性不个补丁[1]。Glotze 等人[2]提出补丁颗粒中有至少一个结构明确的补别于其他的颗粒和表面的很强的各向异性以及高度方向性的相互作也包括了某些特定的自然或是生物大分子，例如，球形蛋白。图 1表面有不同功能的补丁的补丁颗粒的模型图[2]，图 1-2 是根据在含的甲苯溶液中轻微交联的聚苯乙烯颗粒的乳化作用提出的球形对模型[3]。

天津大学硕士学位论文必要的。补丁颗粒在功能和结构应用方面的这种需求开启了一个全新的研究领域：补丁颗粒在不同环境下的自组装以及定向组装。这种颗粒的定向组装或是自组装也称为“自下而上”的方法，该方法为突破“自上而下”制作工艺的尺寸限制提供了可能，例如：影拓石版术[8-11]。补丁颗粒表面这种各向异性的本质某种程度上能控制自组装过程，因为颗粒之间的这种特殊的相互作用能为目标结构的自组装提供驱动力。

过程包括三个步骤：（1）颗粒表面的部分覆盖，（2）没有被模板覆盖的暴露在外的表面的修饰以及（3）模板剂的去除。乳液为基础的模板法是可以实现大规模生产的技术手段，合成的补丁颗粒尺寸均一，补丁的位置可控，是目前为止产率最高的方法[22-24]。图 1-3（b）介绍了胶体的蒸发自组装[20,25]方法，是由 Manoharan等人提出来的。该方法可以合成大的颗粒体积的补丁颗粒，可以在多个方向打上补丁，包括各向异性的分枝，且可以构造不同的粗糙度；缺点是每个油滴上补丁颗粒的数目不能控制，合成的补丁颗粒尺寸不均一，需要后续的分离工作进行粒径的筛选。Snyder 等人介绍了粒子光刻技术，见图 1-3（c），这种方法的关键是带电颗粒粘附到另一种带相反电荷的表面上，当对暴露的表面进行处理的时候，颗粒与表面的接触部分会被遮盖[27,28]。这三种方法的共性是制备或自组装的过程是在液相中进行的，且整个过程相对来说容易实现。图 1-3（d）和（e）介绍的是掠角气相沉积技术[29,30]和纳米光刻技术[31,32]，二者的共性特点是在紧密堆积的平坦的颗粒组装体上面进行的气相沉积。在掠角气相沉积技术中，补丁的几何图形主要依赖于两个角度：蒸发角和相对于蒸发表面的单层定向角。该方法的优点
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本文编号：2846428