基于氧化铝模板的超顺磁柔性纤毛系统的制备与性能研究

发布时间：2017-10-01 15:11

  本文关键词：基于氧化铝模板的超顺磁柔性纤毛系统的制备与性能研究

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【摘要】：静态的仿生物纤毛系统在超顺水表面、超粘附性表面以及传感器等方面有很好的应用前景。如果这些静态的纤毛与磁性材料结合,就可以通过磁场控制这些纤毛的运动。本文通过自下而上的组装工艺,将改性后带负电的超顺磁性γ-Fe_2O_3纳米颗粒和带正电的阳离子聚电解质聚合物在氧化铝模板的孔洞中组装成具有超顺磁性的γ-Fe_2O_3纳米线阵列。这种规则的超顺磁性阵列可以在磁场中被迅速磁化,去掉磁场后又能迅速退磁;如果在这种阵列表面包裹一层特定功能性官能团,这种非接触式且磁场可控的特性有望极大提高生物传感器的灵敏度。本文采用传统的二次氧化法和改进的硬质氧化法制备出不同孔径的多孔氧化铝模板。采用传统的二次氧化法,在氧化电压为50 V条件下制备出孔径为90 nm,孔间距为125 nm的氧化铝模板。在采用改进的硬质氧化法制备模板的过程中,可以通过改变升压速率和目标电压来调节氧化铝模板的孔径。当升压速率为10 V/min时,制备的氧化铝模板的孔径为90~110 nm;当升压速率为2.5 V/min时,氧化铝模板的孔径为160~190 nm。通过共沉淀法制备了γ-Fe_2O_3纳米颗粒,利用XRD、VSM、TEM等测试手段对制备的颗粒样品进行表征,结果表明,该样品具有超顺磁性,颗粒的粒径均一,多分散性小。通过聚丙烯酸对其表面改性后,DLS测试结果表明,其包裹层的厚度约7 nm,且包裹后的颗粒在弱碱性的水基环境和高浓度盐环境中都具有优良的胶体稳定性。采用浸泡的方法将颗粒和聚电解质聚合物灌注到氧化铝模板的孔洞中,在外加磁场作用下,通过透析实现组装。在制备过程中,通过调节颗粒和阳离子聚电解质聚合物的浓度、氧化铝模板的孔径、电荷比Z值等研究组装情况。结果表明,当颗粒的浓度越大,氧化铝模板的孔洞越大,电荷比值Z越小时,颗粒和阳离子聚电解质聚合物越容易在氧化铝模板的孔洞中实现组装。在对组装后的模板进行腐蚀的过程中发现,0.05 wt%Na OH溶液会对纤毛结构造成严重破坏;而采用0.3 M的H3PO4溶液腐蚀,其破坏性较小,可以得到完全解离的纤毛。通过VSM测得纤毛阵列的磁滞回线,其矫顽力和剩磁几乎为零,是典型的超顺磁性。
【关键词】：仿生物纤毛 氧化铝模板 硬质氧化 γ-Fe_2O_3 超顺磁纳米颗粒 γ-Fe_2O_3 超顺磁纳米线
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O614.811
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 仿生物纤毛材料概述9-11
• 1.1.1 生物界的纤毛系统9-10
• 1.1.2 仿生物纤毛材料的应用10-11
• 1.2 磁性纳米纤毛材料11-14
• 1.2.1 磁性纤毛的性质11-12
• 1.2.2 磁性纤毛阵列制备及应用12-13
• 1.2.3 游离的磁性纤毛制备及应用13-14
• 1.3 氧化铝模板14-19
• 1.3.1 氧化铝模板的构型15-16
• 1.3.2 氧化铝模板的结构模型16-18
• 1.3.3 氧化铝模板的应用18-19
• 1.4 选题依据和研究内容19-22
• 1.4.1 本课题的研究目的和意义19-20
• 1.4.2 本课题的主要研究内容20-22
• 2 氧化铝模板的制备与表征22-30
• 2.1 实验原料及主要设备22-23
• 2.1.1 实验原料22-23
• 2.1.2 实验设备23
• 2.2 实验方案及工艺流程23-25
• 2.3 实验结果与讨论25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 氧化铁纳米颗粒的制备与表面功能化30-38
• 3.1 实验原料及主要的设备30-31
• 3.1.1 实验原料30
• 3.1.2 实验设备30-31
• 3.2 实验方案及工艺流程31-33
• 3.3 实验结果与讨论33-37
• 3.3.1 未包裹的 γ-Fe_2O_3纳米颗粒的XRD、VSM以及形貌尺寸分析33-35
• 3.3.2 包裹后 γ-Fe_2O_3超顺磁纳米颗粒的TEM及DLS分析35-36
• 3.3.3 颗粒以及颗粒和有机物在盐环境中的稳定性分析36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 超顺磁性纤毛系统的制备及其性能38-53
• 4.1 实验原料及主要的设备38-39
• 4.1.1 实验原料38
• 4.1.2 主要设备38-39
• 4.2 实验方案及工艺流程39-41
• 4.3 减压法的实验结果分析41-42
• 4.4 浸泡法的实验结果分析42-48
• 4.4.1 颗粒和PDADMAC的浓度对组装超顺磁性纤毛的影响42-43
• 4.4.2 氧化铝模板的孔径对组装超顺磁性纤毛的影响43-45
• 4.4.3 颗粒表面聚丙烯酸的分子量对组装超顺磁性纤毛的影响45-46
• 4.4.4 电荷比值（Z）对组装磁性纤毛系统的影响46-48
• 4.5 对灌注后的模板进行腐蚀处理48-50
• 4.5.1 用NaOH溶液对灌注后的模板进行腐蚀处理的结果分析48
• 4.5.2 用H_3PO_4溶液对灌注后的模板进行腐蚀处理的结果分析48-50
• 4.6 灌注后的氧化铝模板的性能分析50-52
• 4.6.1 灌注后的氧化铝模板的XRD结果分析50-51
• 4.6.2 灌注后的氧化铝模板的VSM结果分析51
• 4.6.3 纳米线阵列的接触角表征51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 结论53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果62

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本文编号：954139