Janus 粒子在蜂窝状多孔聚合物膜上的自组装性能研究

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本课题基于水滴模板法开发一种粒子高效选择性功能化的多孔膜材料。事实证明,在众多制备复合多孔结构膜材料的方法中,具有自下而上自组装属性的水滴模板法是一种简单易行且非常可靠的方法,而且是一种可广泛适用于聚合物材料的动态可控的模板化自组装。而通过利用粒子实现稳定的Pickering乳化效应和水滴模板法有效的结合,可以实现粒子在蜂窝状多孔聚合物膜内壁的定向自组装。本课题在已建立的粒子辅助水滴模板法的方法基础上,研究了利用各向异性粒子实现图案化结构高效功能化修饰的方法。  本课题利用经典石蜡法制备由粒子包裹石蜡组装而成的胶质体,并对胶质体的制备工艺做了详细的探索,其中包括使用不同尺寸和不同表面化学的二氧化硅粒子原料、硅球的加量、乳液的冷却方法以及搅拌乳化反应仪器等具体参数的调整。探索出了一种具有普适性,且能批量制备表面硅球单层紧密分布的胶质体的方法,进而通过选择性化学修饰的方法制备两亲性Janus粒子。我们首次在水滴模板法的成膜液中加入两亲性的Janus粒子,通过探索成膜配方和制备工艺,探讨了粒子加量、主体成膜液浓度以及不同成膜方法对蜂窝状多孔膜的影响,获得了由Janus粒子修饰的高度规整的聚合物多孔膜。随后,通过对比普通均质硅球粒子对孔洞内壁的修饰情况,对Janus粒子辅助水滴模板法成膜的行为进行了初步研究。实验结果表明,Janus粒子的加入能有效提高所获得结构孔洞的均一性,而且Janus粒子在孔洞内呈现出自下而上自组装。通过Janus粒子表面功能化,可获得微纳复合结构。  基于近些年纳米合成技术的发展,用功能化纳米粒子修饰蜂窝状多孔膜可得到多层次组装结构。本课题通过对粒子组装形貌的系统研究,不仅提供了讨论Janus粒子的界面性能的实验数据,还能进一步阐述利用水滴模板法构筑有序多孔结构的形成机理。Janus粒子在水滴模板法中的应用,解决了多孔自组装膜的结构有序性和粒子修饰密度之间的矛盾,在不降低孔洞的规整性的前提下,仍能获得高密度的粒子组装形貌。通过这一方法的建立,为制备新型表面功能化材料提供了一个新的思路。
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