球碟纳米颗粒的制备及球碟混合胶体相行为研究

摘要

自然界中存在丰富的碟状胶体颗粒，如沥青、黏土和红细胞等，碟状胶体颗粒已经广泛应用于生活和工业生产。相对于棒状和球状颗粒胶体，由于缺乏典型的碟状颗粒模型，目前国内外对碟状颗粒胶体和碟状混合胶体体系中的相行为研究较少。本论文研究了碟状磷酸锆（Zirconium Phosphate,简称 ZrP）颗粒和温敏性聚（N-异丙基丙烯酰胺）（简称PNIPAM）微球的合成，并以碟状ZrP为实验模型，通过向碟状ZrP胶体中加入球状颗粒，研究球碟混合胶体中的相行为。具体工作如下：
　　1．采用水热法和回流法制备碟状ZrP，通过XRD、SEM和DLS等表征方法分别对两种方法制备的碟状ZrP进行了表征。结果表明：水热法制备的碟状ZrP形貌规整且呈现清晰的六边形轮廓，多分散性较低。回流法制备的碟状ZrP形貌不规整且无清晰的六边形轮廓，分散性较差。水热法可制备粒径范围为300~2000nm的碟状ZrP，但由于在高温（200℃）和高压（大于1atm）条件下反应，不适宜进行批量生产。回流法制备磷酸锆碟片粒径上限为300nm，但在低温（100℃以下）和常压下反应，对仪器设备要求不高，可进行批量生产。
　　2．采用分散聚合法和乳液聚合法制备PNIPAM微球。分散聚合法制备PNIPAM微球，当分散剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的用量相对单体N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）的质量百分比小于8％时，温度在22～42℃，PNIPAM微球的粒径随着PVP的增加而减小。分散聚合法制备的PNIPAM微球大小均匀，多分散性较低，但形貌不规整。温度在22～42℃，乳液聚合法制备的PNIPAM的粒径随表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）用量的增加而减小。控制SDS的浓度可获得粒径范围在40～600nm内的PNIPAM微球，且PNIPAM微球大小均匀，多分散性较低，形貌规整。
　　3．研究了二氧化硅微球对磷酸锆碟状胶体相变的影响。当二氧化硅微球的体积分数为1.0%时，随着磷酸锆体积分数的增加，球碟混合悬浮液中分别出现I相（Isotropic Phase，简称I相）、I-N（Nematic Phase，简称N相）两相共存、玻璃相和凝胶相转变。当二氧化硅微球的体积分数为1.5%时，随着磷酸锆体积分数的增加，球碟混合悬浮液中分别出现玻璃相和凝胶相转变。当胶体体系中存在不同形状和大小的颗粒时，颗粒之间会产生空位引力。当二氧化硅微球浓度较高（体积分数为1.5%）时，颗粒间的空位引力阻碍了ZrP碟片在体系中的扩散，从而使体系中不出现相分离。
　　4．研究了具有温敏性的PNIPAM微球对碟状ZrP胶体相变的影响。当碟状ZrP胶体中PNIPAM微球浓度较低时，球碟之间的空位作用使I-N相分离的速率加快，空位引力的作用使N相中碟片的间距减小，N相的体积分数降低。研究表明：当球碟混合胶体中球碟粒径的比值q=0.1550时，样品中会出现I-I分离和I1-I2-N三相共存；当球碟混合胶体中球碟粒径的比值 q=0.089时，样品中会出现 N-N分离和 N1-N2-I三相共存。实验结果验证了I-I分离的存在，为相关理论（fundamental measurement density theory等）提供了实验证据。关于N-N分离的数据与理论计算的相图存在偏差，有待进一步研究。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2胶体颗粒之间的相互作用

1.3 液晶的相态和表征方法

1.4碟状液晶体系

1.5磷酸锆碟状液晶

1.6球碟二元混合系统的相变

1.7聚（N-异丙基丙烯酰胺）微球

1.8 课题来源及本论文的研究

第二章 球碟纳米颗粒的合成

2.1引言

2.2碟状颗粒的合成

2.3球形颗粒的制备

2.4本章小结

第三章 二氧化硅微球/碟状磷酸锆混合胶体相行为研究

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 本章小结

第四章 聚（N-异丙基丙烯酰胺）微球对磷酸锆碟状液晶相变的影响

4.1引言

4.2实验部分

4.3 实验结果及讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

攻读学位期间发表的学术成果

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