多孔金微米棒的制备及其在化学和超声场下的运动研究

发布时间：2020-10-25 01:46

　　 人造微纳米马达是一种介于微米与纳米尺度之间的智能仿生材料,它们能够将外界提供的化学能、光能、声能以及热能等不同形式的能量转换为动能,从而实现一系列复杂的功能。近几年,微纳米马达运用于药物传输方面的发展十分迅速,但是由于传统马达表面积有限,它们仅能负载少量药物进行工作。为了增大马达的表面积,可以考虑将多孔结构与纳米马达结合起来制备多孔纳米马达,这种马达具有表面积大和孔径可调的特点,能够更高效的完成药物的负载和释放。目前科研人员对于多孔微纳米马达的研究多集中于马达的制备和如何运输物质方面,而其最基本的运动规律却被忽略。为了更好得实现多孔纳米马达的应用,我们有必要对其基本运动规律进行研究。在本论文中,采用阳极氧化铝模板(AAO)辅助电化学沉积方法合成金银合金(AuAg合金)微米棒,然后用硝酸腐蚀银组份得到多孔金微米棒。此外,为对比研究,用相同的电化学方法制备多孔金薄膜,并研究在不同制备参数下薄膜的孔径和孔隙率。在制备多孔金之前,首先对金银合金电镀液进行循环伏安扫描探究金与银的沉积电压范围。然后在该电压范围内制备多孔金薄膜和多孔金微米棒。实验分析发现在-0.7 V~-0.9 V的电压范围能制备得到孔隙率与孔径逐渐减小的具有良好三维多孔形貌的多孔金微米棒。基于所制备的多孔金微米棒,本论文深入研究了其在超声波和化学场驱动下的运动规律和机制。首先,在探究多孔结构对微米棒在双氧水中运动的影响时,将各部分长度相同而多孔部分孔径不同的多孔金-铑(Au_(多孔)-Rh)棒与相同长度金-铑(Au-Rh)棒进行对比。结果表明,只有孔径较大的Au_(多孔)-Rh棒运动较相同长度和比例的Au-Rh棒快约12%。基于双金属棒在双氧水中运动的自电泳和自扩散泳两种机理分析,Au_(多孔)-Rh应该比Au-Rh在双氧水中运动更快。而实际上对于孔径较小的Au_(多孔)-Rh棒,其在催化双氧水过程中放热,可能使多孔金孔壁粗化,并堵塞其多孔结构,使其近似于实心金。同时其不平整的表面造成气泡在表面聚集,减小了多孔金棒与双氧水的接触面积,从而降低了马达实际运动速度。在探究多孔结构对微米棒在超声场下运动的影响时,将总长一致的多孔金棒与实心金棒进行对比,发现多孔结构的存在会减慢金属棒在超声下的运动,且多孔结构孔隙率与孔径越大,这种减速作用越大。如-0.7 V电压下制备的孔隙率和孔径较大的1μm Au_(多孔)棒相比1μm Au棒速度减慢约71%。产生这种现象的原因,我们推测是多孔结构在超声场下的吸声作用使声能衰减,而孔隙率与孔径越大的多孔结构吸声效果越强。本文通过制备多孔金微米棒,并探究其运动规律,揭示了多孔结构的存在以及孔隙率与孔径大小的不同对微米棒分别在化学场和超声场下运动的影响,为多孔纳米马达在药物传输领域的应用打下了较好的基础。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ460.4;TB383.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的来源及研究的背景和意义
        1.1.1 课题的来源
        1.1.2 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 多种形状纳米马达研究现状
        1.2.2 多孔纳米马达的研究现状
        1.2.3 研究现状简析
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验方法和材料的制备与表征
    2.1 实验材料和设备
    2.2 金银合金电镀液的循环伏安扫描
    2.3 多孔金的制备
        2.3.1 金银合金电镀液的配制
        2.3.2 多孔金薄膜的制备
        2.3.3 多孔金微米棒的制备
    2.4 混合电动势的测定
    2.5 多孔金微米棒马达的运动实验
        2.5.1 多孔金-铑双金属棒马达的双氧水实验
        2.5.2 多孔金微米棒马达的超声波实验
    2.6 实验表征与分析
        2.6.1 形貌与成分表征
        2.6.2 形貌与成分表征
第3章 多孔金微米棒与薄膜的制备与表征
    3.1 引言
    3.2 电化学沉积金银合金电压范围的探究
    3.3 电化学沉积金银合金电压对制备多孔金薄膜的影响
        3.3.1 电化学沉积制备金银合金薄膜
        3.3.2 沉积电压对金银合金薄膜中金银组成比例的影响
        3.3.3 沉积电压对金银合金薄膜与多孔金薄膜表面形貌的影响
        3.3.4 沉积电压对多孔金薄膜孔隙率与孔径的影响
    3.4 电化学沉积金银合金电压对制备多孔金微米棒的影响
        3.4.1 模板辅助电化学沉积制备金银合金微米棒
        3.4.2 沉积电压对制备金银合金微米棒长度与均匀性的影响
        3.4.3 沉积电压对制备多孔金微米棒形貌的影响
    3.5 本章小结
第4章 多孔金微米棒马达的运动规律研究
    4.1 引言
    4.2 多孔金-铑微米棒在双氧水中的运动规律研究
        4.2.1 混合电动势的测定
        4.2.2 双金属微米棒的制备与表征
        4.2.3 多孔金-铑微米棒马达在双氧水中的运动
    4.3 多孔金微米棒在超声场下的运动规律研究
        4.3.1 微米棒的制备与表征
        4.3.2 多孔金微米棒在超声场下的运动规律研究
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢

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本文编号：2855276