Janus颗粒是两侧具有不同性质的非均质颗粒的统称。由于其自身的非对称特性,功能化Janus颗粒可以利用环境中的“燃料”进行非对称的物理或化学反应,从而在颗粒两侧形成浓度、光强或电场等物理量的梯度场,利用该梯度形成的非对称动量分布进行自主运动。由于Janus颗粒的自驱动特性与反应条件(如反应物浓度)具有高度灵敏的依赖关系,以及其自驱动带来的外加动力使其在水环境监测和修复、生命医药等领域具有广阔的应用前景。因此,如何准确、高效地表征单一及群体Janus颗粒的自驱动行为,如有效扩散系数、自驱动速度、运动轨迹等,成为其应用的基础。Janus颗粒间的自驱动并不是孤立,而是相互作用的,从宏观上看,群体性Janus颗粒的自驱动不同于单个Janus颗粒的自驱动,大多数学者仅对单个Janus颗粒的自驱动进行研究。本文利用动态光散射法(Dynamic Light Scattering,DLS)对群体Janus颗粒的自驱动进行实验研究,研究对象为1μm Pt-SiO_2型Janus颗粒(通过旋涂技术结合电子束蒸发制得)。由于微纳颗粒易发生团聚,本文首先进行了基于DLS的Janus颗粒解团聚实验研究。实验中探究了不同方法对Janus颗粒解团聚的影响,实验结果表明:超声可以对Janus颗粒进行解团聚,使团聚的颗粒分散,超声3分钟的解团聚效果优于超声5分钟的解团聚效果;分别加入反絮凝剂NaOH及阳离子型表面活性剂(溴化十六烷三甲基铵(CTAB))并超声3分钟同样可以对Janus颗粒进行解团聚,经CTAB处理后,Janus颗粒达到单分散状态,但是CTAB分子会吸附在Janus颗粒的固-液界面上,在Janus颗粒表面形成一层CTAB分子膜,将可能影响Pt的催化效果,从而使Janus颗粒的自驱动速度减小。最后本文利用DLS研究了群体Janus颗粒在纯水及不同浓度H_2O_2溶液中的自驱动行为,并将实验结果与本课题组前期利用单粒子追踪法(Single Particle Tracking,SPT)研究单个Janus的实验结果进行了对比与分析。实验结果表明:群体Janus颗粒的自驱动表现为增强型布朗运动行为。随着H_2O_2溶液浓度的增加,DLS测得的群体Janus颗粒的有效扩散系数增大且都大于其在纯水中布朗运动时的扩散系数,但小于利用SPT法测得的单个Janus颗粒的有效扩散系数。此外,随着H_2O_2溶液浓度的增加,DLS测得群体Janus颗粒的驰豫时间减小。本文还利用DLS直接测得的自相关函数经反演算得到了群体Janus颗粒在极短时间间隔内的均方位移。研究结果表明:在相同观测时间间隔下,随着H_2O_2溶液浓度的增大,Janus颗粒的均方位移增加;在相同浓度的H_2O_2溶液中,随着观测时间间隔的增加,Janus颗粒的均方位移增加。最后,本文对比分析了DLS与SPT研究Janus颗粒运动行为的区别,并指出观测时间间隔是影响DLS和SPT两种方法实验结果的重要因素。由于SPT法的观测时间间隔可以调整,可得到Janus颗粒各阶段的运动特征。DLS的实验结果受到其最长观测时间的限制(自相关系数从1减小到0的时间),当最长有效观测时间小于特征时间τ_R时,可得到群体Janus颗粒处于“定向推动扩散”阶段的运动特征,当最长有效观测时间大于特征时间τ_R时,可得到群体Janus颗粒处于“类布朗运动”阶段的运动特征,此外,受限于最长有效观测时间,DLS只能得到Janus颗粒在上述两阶段中某一阶段的运动特征。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O347.7
【部分图文】：
不同形状Janus颗粒示意图
.4 Pt-SiO2型 Janus 颗粒在 H2O2溶液中的自驱动示意理与周围环境发生催化反应，引起左右两侧 H自建电场，Janus 颗粒显正电性或者负电性时 颗粒做定向驱动，即自电泳动。Janus 颗粒的的响应，而是在其自建电场的作用下进行的 等[23]于 2004 年首次在实验中观察到，图 1
更为复杂的机理。Zhao 等[8]采用直径20μm~50μm的Janus微球观察”交替的准振荡式运动，并观测到 Janus 微球的s，通过建立数值模型，对气泡驱动机理进行解释力推动微球向前运动，气泡破裂过程产生一个瞬时运动，从而实现准振荡运动。的应用us 颗粒的自驱动特性与反应条件具有高度灵敏的加动力，使得 Janus 颗粒在生命医药[24-26]、自组装[域具有广阔的应用前景。环境领域的水质环境监测方面具有实际应用，如DOT-Au 管式微马达代替活体生物进行水质监测达，利用Au-Pt纳米马达在不同金属溶液中的自的浓度及分布，图 1.6为其在不同金属离子溶液中
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 韩笑;田媛;朱泽玮;陈佳琪;隋国荣;;二氧化硅微球颗粒的解团聚研究[J];光学仪器;2014年04期
2 武美玲;郑旭;崔海航;李战华;;Janus颗粒有效扩散系数的实验研究[J];水动力学研究与进展A辑;2014年03期
3 刘伟;王雅静;申晋;;动态光散射最优拟合累积分析法[J];光学学报;2013年12期
4 杨轶;叶伟;陈晓;;非对称性Janus粒子的制备与可控组装[J];物理化学学报;2012年11期
5 周君;乔秀颖;孙康;;Pickering乳液的制备和应用研究进展[J];化学通报;2012年02期
6 杨晖;郑刚;王雅静;;用动态光散射现代谱估计法测量纳米颗粒[J];光学精密工程;2010年09期
7 陈云华;王朝阳;李煜;童真;;Janus粒子制备研究[J];化学进展;2009年04期
8 王绪伟;李战华;;SPT方法在纳米粒子布朗运动观测中的应用[J];实验流体力学;2008年01期
9 冯拉俊,刘毅辉,雷阿利;纳米颗粒团聚的控制[J];微纳电子技术;2003年Z1期
10 郑刚,申晋,孙国强,庄松林;对动态光散射颗粒测量技术中几个问题的讨论[J];上海理工大学学报;2002年04期
相关硕士学位论文 前5条
1 黄建云;运动浑浊介质中散射光场特征的电场蒙特卡罗模拟[D];华中科技大学;2015年
2 宋汝彤;Janus颗粒的合成及其流体性能研究[D];西南石油大学;2014年
3 武美玲;Janus颗粒自驱运动的实验与受限模拟研究[D];西安建筑科技大学;2014年
4 宫春亮;Janus颗粒自驱动实验及运动特性分析[D];西安建筑科技大学;2013年
5 王远;基于动态光散射的超细颗粒测试技术研究[D];重庆大学;2005年
本文编号：
2828949
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/2828949.html
