反蛋白石结构水凝胶光子晶体制备技术的研究
本文关键词:反蛋白石结构水凝胶光子晶体制备技术的研究
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【摘要】:自然界中存在很多天然的蛋白石光子晶体,它们拥有鲜艳的色彩,引起人们的关注和研究。将蛋白石的微球部分替换成空气孔结构就得到了反蛋白石,它具有连通性好,孔隙率高,周期性强等特点。利用智能水凝胶对外界刺激产生响应的性质制备孔结构的水凝胶光子晶体成为近些年的研究热点。温度测量一直以来都是学者关注的焦点,随着工程需求的不断发展,温度测量的环境变得越来越复杂,测量环境在户外,测量空间狭小,测量的液体环境可能腐蚀甚至破坏传感器等情况数不胜数。传统传感器很难在上述的复杂情况下实现温度测量。本文制备出一种新型的温度响应材料,由于材料具有体积小、便携等特性,可以克服传统传感器存在的缺点,实现复杂环境下温度的快速测量,为新型传感器的制备开拓市场前景。首先通过重力沉积法和垂直沉积法合成胶体晶体模板,比较发现后者获得的模版有序性明显高于前者。改变胶体微球悬浊液的浓度,质量百分数为3.5wt%时获得了20层左右的高质量胶体晶体模板。将胶体晶体模板置于500℃高温处理120min以提高模板的连接强度。经过150min从室温升到500℃时,模板表面形成了数量众多的裂纹,严重破坏了整体性。当升温时间增加到300min甚至500min时,模板表面裂纹数量骤减,结构的有序性和整体性大幅提高,热处理过后形成了“缩颈”现象。通过自然浸润法、压力法以及“三明治”法尝试制备反蛋白石结构水凝胶。自然浸润法很难制备成功,压力法制得的孔结构只有一层,而且孔表面存在断裂、凹凸不平和杂质等缺陷。“三明治”法利用压力和毛细力,成功制备出表面光滑、有序性高的三维反蛋白石结构。去除模板过程中,腐蚀时间至关重要,时间过短不能完全腐蚀,时间过长则会破坏水凝胶本身。前驱液中交联剂占比减小,水凝胶的响应速度会提升,但是机械强度下降,相反交联剂占比上升时,水凝胶响应有所减缓,但是机械强度大大提升。将制得的蛋白石和反蛋白石结构水凝胶放在不同温度的去离子水中,随着温度的升高,两种结构的水凝胶都发生收缩直径减小,但是由于具备孔结构,反蛋白石结构收缩的幅度和速度都高于蛋白石结构。多次测量反蛋白石结构水凝胶在两个不同温度节点下的直径,实验结果偏差很小,水凝胶结构具备了可重复性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O734;O648.17
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,本文编号:1148736
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