基于化学反应的多功能光子晶体体系的研究

发布时间：2017-05-26 11:04

  本文关键词：基于化学反应的多功能光子晶体体系的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光子晶体是一类具有周期性介电常数结构的材料。独特的周期性结构使得光子晶体能够对光的传播进行调制。独特的内部结构赋予了光子晶体信号自表达的特性。这种性质使光子晶体在光学调控、化学传感、生物工程等方面具有广泛的应用。光子晶体独特的结构与光学特性使其成为一个优秀的平台,可以与多种功能材料相结合。将光子晶体与化学反应相结合是近年来光子晶体研究的前沿热点。化学反应的多样性不仅拓宽光子晶体的传感应用领域,更赋予了光子晶体极大的拓展性。化学反应与光子晶体的光学特性、孔道特性以及信号自表达特性的有机结合,能够开发新颖的多功能材料。本文探究了几种光子晶体结合与不同的化学反应结合所形成的新型多功能材料。首先,基于马来酰亚胺-巯基的特异性反应与光子晶体的信号自表达特性,发展了一种高灵敏的乙酰胆碱酯酶活性传感平台。该平台具有较低的乙酰胆碱酯酶检出极限;同时,受惠于光子晶体便利的操作与裸眼观察的特性,这种光子晶体平台能够适用于多场合的实际应用。此外,基于光敏高分子的选择性脱保护及化学修饰,发展了一种平面型反蛋白石光子晶体的图案化方法。由于化学反应的选择性,这种光子晶体的图案化修饰方法无须复杂的物理操作,能够保持反蛋白石结构的完整性。更为重要的是此方法形成了二维尺度上的化学复杂度,结合光子晶体性质能够实现诸如二维亲疏水梯度结构、动态可调节的图案等复杂应用。最后,我们将二维尺度上的化学复杂度拓展到三维空间中,利用光子晶体微球的扩散刻蚀特性,发展了一种基于刻蚀-反应的光子晶体微球多功能结构的制备方法。该方法具有很高的结构可调性与多样性。而三维尺度上的各向异性化学组成与光子晶体性质结合能产生复杂的功能体系,包括三维尺度的亲疏水梯度结构、正交化学反应平台以及具有双重信号表达的级联反应体系等,大大丰富了光子晶体材料的应用领域。本文围绕化学反应与光子晶体的协同效应,从各向同性材料发展到二维乃至三维尺度上的各向异性光子晶体材料,证实了化学反应与光子晶体的有机结合能够实现非常丰富的功能。基于化学反应与光子晶体两者兼有的多样性与拓展性,可在本文的研究基础上发展更多复杂功能体系,具有非常广阔的研究及应用前景。
【关键词】：光子晶体 化学反应 多功能材料 各向异性
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-25
• 1.1 光子晶体简介9-15
• 1.1.1 三维光子晶体及其性质9-11
• 1.1.2 三维光子晶体的制备方法11-15
• 1.2 光子晶体在传感方面的应用15-18
• 1.2.1 基于响应性高分子的三维光子晶体材料15-16
• 1.2.2 基于分子印迹的三维光子晶体材料16
• 1.2.3 基于化学反应的三维光子晶体材料16-18
• 1.3 多层次光子晶体的制备与研究18-23
• 1.3.1 基于基质膨胀的光子晶体层次化技术19-20
• 1.3.2 基于刻蚀的光子晶体层次化技术20-21
• 1.3.3 基于喷墨打印的光子晶体层次化技术21
• 1.3.4 基于电磁场的光子晶体层次化技术21
• 1.3.5 反蛋白石结构上层次化技术21-23
• 1.4 本文的主要研究内容与贡献23-25
• 1.4.1 本文研究的目标与意义23
• 1.4.2 本论文的结构23-25
• 第2章 SiO_2胶体晶体模板制备25-38
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-37
• 2.2.1 实验材料与仪器26
• 2.2.2 St?ber法生长SiO_2胶体颗粒的探究26-29
• 2.2.3 溶剂挥发诱导自组装制备SiO_2光子晶体模板29-30
• 2.2.4 逐层堆积（LbL）法制备SiO_2光子晶体模板30-34
• 2.2.5 微流控液滴法制备SiO_2光子晶体模板34-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第3章 基于马来酰亚胺的光子晶体乙酰胆碱酯酶活性检测的研究38-52
• 3.1 引言38-40
• 3.2 实验部分40-43
• 3.2.1 实验材料与仪器40
• 3.2.2 含马来酰亚胺的丙烯酸酯功能单体合成40-42
• 3.2.3 含马来酰亚胺反蛋白石光子晶体功能材料的制备42
• 3.2.4 含马来酰亚胺光子晶体对AChE的响应检测42-43
• 3.3 结果与讨论43-51
• 3.3.1 含马来酰亚胺聚合物反蛋白石光子晶体的表征43-45
• 3.3.2 光子晶体平台对AChE的检测性能45-48
• 3.3.3 光子晶体平台对AChE酶动力学特性的检测48-50
• 3.3.4 光子晶体平台对AChE抑制剂的筛选应用50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 基于光敏高分子的三维光子晶体图案化的研究52-65
• 4.1 引言52-54
• 4.2 实验部分54-59
• 4.2.1 实验材料与仪器54
• 4.2.2 相关化合物的合成54-57
• 4.2.3 基于光敏高分子的反蛋白石光子晶体功能材料的制备57-58
• 4.2.4 光敏高分子材料的表征58-59
• 4.3 结果与讨论59-64
• 4.3.1 基于NVOC光敏高分子的光子晶体表征59-61
• 4.3.2 三维光子晶体的亲疏水梯度图案制备61
• 4.3.3 三维光子晶体的动态图案制备61-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 基于刻蚀 -反应的光子晶体微球功能体系的研究65-86
• 5.1 引言65-67
• 5.2 实验部分67-74
• 5.2.1 实验材料与仪器67
• 5.2.2 相关化合物的合成67-72
• 5.2.3 利用刻蚀 -反应法制备具有空间化学复杂度的光子晶体微球方法72
• 5.2.4 光子晶体微球内三维亲疏水梯度结构的制备72-73
• 5.2.5 具有正交化学活性的光子晶体微球的制备73
• 5.2.6 光子晶体微球级联反应体系的制备73-74
• 5.3 结果与讨论74-84
• 5.3.1 刻蚀 -反应法制备多层结构光子晶体微球的表征74-78
• 5.3.2 具有三维亲疏水梯度的光子晶体微球材料及其表征78-80
• 5.3.3 具有正交化学活性的光子晶体微球材料及其表征80-82
• 5.3.4 级联反应的光子晶体微球材料及其表征82-84
• 5.4 本章小结84-86
• 第6章 总结与展望86-88
• 6.1 本文总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-98
• 致谢98-100
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果100-101

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  本文关键词：基于化学反应的多功能光子晶体体系的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

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