膠體晶體的制備及研究.pdf

1、膠體粒子在一定條件下可以像原子那樣，形成三維有序結(jié)構(gòu)，稱之為膠體晶體。膠體晶體由于可以作為時間和空間上放大的晶體模型用來研究原子晶體的成核和生長過程，并且還可以構(gòu)成具有特殊光學(xué)特性的光子晶體，從而引起科學(xué)家和工程師的研究興趣。我們在膠體晶體研究方面所開展的主要工作可以概述如下： 1、我們制備一系列的單分散的聚苯乙烯/磺酸鈉和二氧化硅顆粒，用于組裝膠體晶體。單分散的二氧化硅主要通過stober法和生長硅溶膠方法制備?？疾炝藄tob

2、er合成法中正硅酸乙酯(TEOS)，氨水，水，溫度對顆粒粒徑和單分散性的影響。結(jié)果顯示，stober方法對生長環(huán)境比較敏感，產(chǎn)率不高。但是，這種方法是研究顆粒生長機(jī)制和制備粒徑小于100納米的較小二氧化硅顆粒仍是一種有效的途徑。種子生長法是制備高產(chǎn)量的二氧化硅的常用方法。與stober方法相比，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)，最終產(chǎn)品顆粒的數(shù)目由硅溶膠的數(shù)目決定，顆粒的最終粒徑可以根據(jù)添加的正硅酸乙酯的量來預(yù)測，而其此方法制備的二氧化硅的產(chǎn)率高，適合

3、工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。但是，必須要求顆粒的最終直徑大于5倍硅溶膠種子的粒徑，也就是說，粒徑在100nm以上比較合適。單分散的聚苯乙烯/磺酸鈉是通過乳皂聚合方法制備，分析了引發(fā)劑用量、電解質(zhì)濃度、單體濃度等因素對聚苯乙烯顆粒物理化學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果顯示乳液聚合制備的聚苯乙烯/磺酸鈉顆粒具有較高的表面電荷和較好的單分散性。 2、我們采用密度匹配法研究了重力對帶電粒子膠體晶體的影響。從原子分子層次認(rèn)識材料的結(jié)構(gòu)對于其性能的研究是非常必要的。

4、由于膠體粒子與原子分子相比更容易被觀察和研究，因此膠體晶體可以作為原子晶體的模型體系來認(rèn)識和研究材料中的原子行為。然而，膠體晶體的彈性模量非常低，很小的外場就可能改變膠體晶體的結(jié)構(gòu)。在本文中，我們將重水(D2O)和水(H2O)以一定比例混合來匹配直徑為110nm的聚苯乙烯帶電小球的密度，并利用Kossel衍射方法測量了膠體晶體的結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)等參數(shù)。通過將密度匹配(g=0)和沒有進(jìn)行密度匹配(g=1)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比，我們發(fā)現(xiàn)重力將會使

5、樣品池中膠體晶體的晶格常數(shù)隨高度的變低而變小。這一結(jié)果表明，在帶電粒子膠體晶體的研究中有必要考慮重力的影響。 3、采用光固化技術(shù)，以丙烯酰胺單體與亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑在紫外光的照射下發(fā)生光聚合反應(yīng)，嵌入聚苯乙烯膠體晶體，實(shí)現(xiàn)了膠體晶體的固定化。結(jié)合反射光譜和Kossel衍射技術(shù)研究對照了固定化前后膠體晶體的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過這種水凝膠固定化的膠體晶體保存了未固定前懸浮液中膠體晶體的結(jié)構(gòu)。但固定化后的膠體晶體的晶面間距和晶