运动可控的活性胶体的制备及其运动行为研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:working_man_1986
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活性胶体是一类可以将环境中各种形式的能量例如光能、化学能、磁能等转化为自身动能,从而实现自驱运动的微纳颗粒。由于活性胶体的运动和相互作用与自然界中的细胞和细菌相似,因而被认为是一类新型的仿生智能材料而备受关注。近年来,活性胶体更是在生物化学传感、药物可控释放和环境治理等实际应用领域崭露头角。科研人员在活性胶体结构设计、合成制备和运动控制等方面也取得了一定成果。然而,如何通过结构设计和外场精准地调控活性胶体的运动行为,以及如何调控活性胶体的形状实现对活性胶体的运动控制仍然是该领域的巨大的挑战。针对这些问题,本文开展了运动可控的活性胶体的制备及其运动行为的研究,主要研究结果如下:(1)运动模式可控的磁性火柴状活性胶体对大部分活性胶体而言,通常只有一种运动模式,即平动或转动。在本论文中,我们设计并合成了化学驱动的磁性火柴状Fe2O3@SiO2/Pd活性胶体。这种活性胶体具有两种运动模式,即持续旋转运动和直线运动。此外,这两种运动模式可以通过外磁场的开关实现原位可逆地切换,从而达到精确控制运动模式的目的。而且,我们可以通过改变燃料的浓度来调控这两种运动的速度,还可以通过改变外部磁场的方向来调整活性胶体直线运动的方向。并且这种可原位切换运动模式的活性胶体可以作为微传感器应用于探测局部环境,为其实际应用迈出了重要一步。(2)光驱动活性胶体的形状可控运动形状的变化对于活性胶体的运动行为有着重要的影响,而且合成不同形状活性胶体具有重要的理论意义和实际应用价值。在这份工作中,我们通过化学法控制不同的反应条件,正硅酸四乙酯的量、水的量以及反应温度,制备得到不同形状的光驱动TiO2@SiO2活性胶体。并进一步研究了形状变化对光驱动活性胶体运动行为的影响。研究表明,SiO2棒的长度以及数量可以调控光驱动活性胶体的运动速度,而控制SiO2棒的弯曲角度可以调控活性胶体的运动模式。该工作对功能性活性胶体的制备以及运动行为的控制具有重要意义,并为以后活性胶体的研究与应用进一步奠定了基础。总之,本论文设计并制备了 Fe2O3@SiO2/Pd和TiO2@SiO2两种运动可控的活性胶体。通过施加外场及改变胶体粒子的自身形状等手段,可以实现对两种活性胶体的运动模式、运动速度及运动方向的调控。本论文的研究结果为活性胶体的设计与制备提供了新的思路和方法,也为活性胶体在化学传感、生物医用及货物运输等领域的应用奠定了材料基础。
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