分級(jí)結(jié)構(gòu)材料的制備與應(yīng)用.pdf

1、分級(jí)結(jié)構(gòu)材料中的微米、納米等結(jié)構(gòu)的多尺度效應(yīng)是形成材料新功能的內(nèi)在本質(zhì)。利用不同的模板將納米粒子以不同的方式自組裝成各種分級(jí)有序結(jié)構(gòu)，是將功能單元材料按照理想的方式設(shè)計(jì)組裝成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高性能材料的有效途徑。本論文探討了基于固體模板和液體模板制備分級(jí)結(jié)構(gòu)材料的方法，研究了分級(jí)結(jié)構(gòu)材料在特殊浸潤(rùn)性界面、功能顯示器件、生物分子編碼載體等領(lǐng)域的應(yīng)用。具體開展的工作如下： (一)分別以四種具有微米結(jié)構(gòu)的固體材料為模板組裝納米粒子，于微米和

2、納米兩種不同尺度的層面上構(gòu)建材料的分級(jí)結(jié)構(gòu)。第一、用垂直提拉法在具有平行溝槽結(jié)構(gòu)的美洲大閃蝶翅膀上組裝納米粒子。第二、以多孔PDMS模板限制和誘導(dǎo)納米粒子的自組裝，制備出由納米粒子組成的微米球陣列。第三、基于層層自組裝技術(shù)，在用聚電解質(zhì)包覆的微米球陣列表面連續(xù)吸附帶相反電荷的納米粒子，實(shí)現(xiàn)材料表面多尺度結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。第四、在PDMS微米球陣列模板表面以熱壓印的方法黏附結(jié)合納米粒子，制備分級(jí)結(jié)構(gòu)材料。 (二)設(shè)計(jì)和搭建了一套單分散乳

3、液液滴的發(fā)生裝置，并以乳液液滴為模板，通過(guò)蒸發(fā)溶劑的方法將乳液中的納米粒子自組裝成大小可控、尺寸均一的分級(jí)結(jié)構(gòu)材料的次級(jí)可植入性功能單元——膠體晶體微球。研究了膠體晶體微球的固化溫度、微觀結(jié)構(gòu)、色彩表達(dá)以及光譜變化，討論了影響膠體晶體微球尺寸的因素，得出微球的尺寸隨水相出口內(nèi)徑、表面張力、水相流速、粒子濃度的增大而增大，隨油相流速、油相黏度的增大而減小的結(jié)論。 (三)以低表面能物質(zhì)氟硅烷修飾分級(jí)結(jié)構(gòu)材料表面，得到了具有超高接觸角

4、(CA>165°)和極低滾動(dòng)角(SA<0.5°)的超疏水界面材料。通過(guò)研究粗糙系數(shù)、空氣墊百分比、三相接觸線長(zhǎng)度等相關(guān)參數(shù)的變化，得出了材料表面的超疏水性能隨納米結(jié)構(gòu)尺寸的增大而增大、隨微米結(jié)構(gòu)尺寸的增大而減小的結(jié)論。將溫敏性聚合物聚異丙基丙烯酰胺接枝到分級(jí)結(jié)構(gòu)材料表面，得到了溫度響應(yīng)的超親水-超疏水智能轉(zhuǎn)化材料。 (四)對(duì)膠體晶體微球應(yīng)用于陣列顯示領(lǐng)域的可行性進(jìn)行了研究，以膠體晶體微球作為顯示的基本單元，通過(guò)陣列排布的方法構(gòu)建

5、了膠體晶體顯示材料和器件。成功解決了膠體晶體作為顯示材料時(shí)普遍出現(xiàn)的視角色差的問(wèn)題。制備出了液晶耦合的反蛋白石結(jié)構(gòu)膠體晶體微球陣列顯示器件，利用液晶分子對(duì)外場(chǎng)響應(yīng)的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示灰度的調(diào)制。 (五)將膠體晶體微球作為生物分子的固相載體應(yīng)用于多元免疫檢測(cè)，以其特有的反射峰作為載體的編碼來(lái)跟蹤和識(shí)別多元檢測(cè)中的每一個(gè)免疫反應(yīng)。探討了膠體晶體微球載體的機(jī)械穩(wěn)定性、編碼準(zhǔn)確性、蛋白包被均勻性等問(wèn)題。以其為載體的熒光免疫檢測(cè)的靈敏度可以