自驱动聚合物Janus微马达的构建及性能研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wumingwuming2009
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微纳马达是指能够将各种形式的能量(如化学能、光能、电能、磁能等)转化为机械运动的微纳米装置,在药物靶向运输、无创微手术、生物传感、环境修复等领域具有非常广阔的应用前景。然而,现有的微纳马达制备方法大多操作过程复杂,所需设备昂贵,并且难以实现大规模制备,限制了其实际应用。本文基于液滴微流控技术,使用乳液液滴作为模板,巧妙地制备出了形状、尺寸可控的自驱动型聚合物微马达,研究其自驱动特性及其催化降解水中有机污染物的性能。具体研究工作如下:(1)采用微流控方法一步制造多功能聚合物Janus微马达。使用微流控装置中的三相流体形成的W/O/W双重乳液为初始模板,通过控制有机中间相的组成,控制乳液由最初的核-壳结构到所需形状的演化;通过在内相和中间相流体中加入功能性纳米颗粒独立控制界面性质,并通过紫外光固化得到所需的多功能微马达。系统研究了微马达的自驱动特性和催化降解水中有机污染物的性能。(2)建立了一种基于微流控和溶剂挥发诱导的液-液相分离制备Janus微马达的方法。研制出了形状和尺寸可控的气泡推进型微马达,用于氧化降解废水中的有机污染物。以微乳液作为模板,通过相分离和紫外诱导单体聚合,可以大量制备单分散微马达。通过调节乳液中两种不混溶油相的体积比,精确控制微马达的几何形状,从接近球形、半球形到新月形。通过改变流体流速,调控微马达的尺寸。此外,通过将功能纳米颗粒引入非对称结构中,可以灵活地对微马达进行功能化。(3)建立了一种基于微纤维约束的微流控方法,可控合成可变形的液滴,并以此作为模板制备微马达。通过改变海藻酸盐微纤维中可变形油滴的尺寸和间距,可控制备从球形、纺锤形到鼓形的微马达。通过简单地改变流体的流速,精确调控微马达的形状和大小。通过在表面修饰MnO2和磁性Fe3O4纳米粒子,微马达被赋予自驱动和磁力引导的双重功能,能够完成复杂的任务。所制备的微马达对水中亚甲基蓝有较好的降解效果,并可被磁铁回收利用。此外,这种灵活的策略为合成形状各异的微马达提供了一种简便的路径,在各种工程应用中具有很大的前景。
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