可控孔径的纳米金复合物蜂窝状薄膜及其性质研究

摘要

自然界中的蜂窝构筑巧妙，它是由数千个巢房连接在一起组成的，每个巢房是严格的六角柱形体。相邻的巢房之间呈规整的紧密六角状阵列结构。这种六角形排列而成的结构叫做蜂窝状结构。利用化学的方法我们可以在实验室中再现这种结构。近年来，有序多孔材料一直是人们关注的热点，其在催化、传感器、微反应器、光学器件、组织工程、生物医学等领域都具有重要的应用价值。在基础研究中，许多研究者已经通过模板法和自组装的方法成功制备出规则多孔材料，并形象的称之为蜂窝状多孔薄膜。常用的模板包括胶体颗粒、嵌段共聚物、表面活性剂，甚至细菌。这些模板法中，模板的大小是固定的，并且膜的形成是以牺牲模板为代价的。目前研究发现，模板的有序度及模板的去除仍是一个难以解决的问题。1994年，法国Francois等首次提出水滴模板法(breath figure method)，即在高湿度环境下，以冷凝水滴为模板，在固体基板上制备孔径大小均一、排列紧密的蜂窝状有序多孔薄膜。自此以后，水滴模板法制备蜂窝状多孔薄膜引起广泛研究。基于溶剂挥发的水滴模板法是一种简单、快速而有效的构筑蜂窝状多孔结构的自组装方法。尽管经过十几年的发展，已经建立了大量的多孔薄膜体系，但研究的重点依然是以聚合物材料为主，并且研究多集中在薄膜的规整结构以及模板作用。在实际操作中，聚合物的合成较为复杂和困难，因此，我们选用具有优良性能的金纳米颗粒作为构筑单元，与简单的聚合物进行复配制备出蜂窝状多孔薄膜，并对其可控性和拉曼光谱性质进行了研究。本论文的结构安排和具体研究内容如下:
　　 第一章:绪论。本章系统介绍了水滴模板法制备蜂窝状多孔薄膜的研究进展，包括蜂窝状多孔薄膜的形成方法、形成材料、形成机理、影响因素和蜂窝状多孔薄膜的应用。最后是本论文的研究目的和意义。
　　 第二章:采用两相法制备出不同硫醇（十四烷基硫醇、十六烷基硫醇和十八烷基硫醇）修饰的金纳米颗粒，在干净的ITO玻璃上构筑蜂窝状薄膜。通过是否与聚合物复配研究聚合物对薄膜结构的影响。之后，将纳米颗粒与聚合物的复配体系作为研究对象，通过对体系浓度、复配的聚合物种类、金纳米颗粒修饰剂等的调节制备出可控孔径的蜂窝状多孔薄膜，以方便的应用到细胞培养、分离分析等领域。
　　 第三章:主要介绍了实验过程中出现的一些有趣的特殊现象，包括叶状结构的出现、孔的破裂、椭圆形孔的形成、同一薄膜不同位置处孔径不同以及断面出现聚集体，并给出了相关机理解释。这些有趣的现象将对进一步开拓蜂窝状薄膜结构提供有效依据。
　　 第四章:研究了薄膜的拉曼光谱性质。纳米粒子具有典型的拉曼散射效应，因此，金纳米粒子的聚集结构可以作为表面增强拉曼散射活性基底，将金纳米颗粒的性质赋予薄膜，可制备出功能化的多孔薄膜。实验表明，蜂窝状多孔薄膜的拉曼散射强度与薄膜的规整程度有关。薄膜的结构越规整，拉曼效应越强，反之，拉曼效应越弱。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 蜂窝状多孔薄膜的形成方法

1．2．1 固体基扳展开法

1．2．2 水面展开法

1．2．3 乳液法

1．3 蜂窝状多孔薄膜的形成材料

1．3．1 聚合物体系

1．3．2 纳米颗粒材料

1．3．3 生物材料

1．4 蜂窝多孔薄膜的形成机理

1．4．1 固体基板上蜂窝状多孔薄膜的形成

1．4．2 水面上蜂窝状多孔薄膜的形成

1．5 形成蜂窝状多孔薄膜的影响因素

1．5．1 温度的影响

1．5．2 浓度的影响

1．5．3 溶剂的影响

1．5．4 基底的影响

1．6 蜂窝状多孔薄膜的应用

1．6．1 模板技术

1．6．2 超疏水表面

1．6．3 蛋白质的图案化及细胞培养

1．7 本论文的研究目的及意义

参考文献

第二章 蜂窝状薄膜的孔径可控性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 金纳米颗粒的合成

2．2．3 蜂窝状多孔薄膜的制备

2．2．4 样品的表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 单分散金纳米颗粒的合成

2．3．2 蜂窝状多孔薄膜的制备

2．3．3 聚苯乙烯(PS)对蜂窝状多孔薄膜规整性的研究

2．3．4 聚合物浓度对孔径大小的影响

2．3．5 聚合物种类对薄膜结构的影响

2．3．6 金纳米颗粒修饰剂对孔径大小的影响

2．4 本章小结

参考文献

第三章 蜂窝状薄膜的特殊形貌

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 蜂窝状多孔薄膜的制备

3．2．3 断面聚集体的制备

3．2．4 样品的表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 叶状结构的出现

3．3．2 薄膜上孔的破裂

3．3．3 椭圆形孔的形成

3．3．4 不同位置孔径不同

3．3．5 断面聚集体的形成

3．4 本章小结

参考文献

第四章 蜂窝状薄膜的拉曼光谱性质研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 蜂窝状多孔薄膜的制备

4．2．3 拉曼光谱测试

4．2．4 样品的表征方法

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

参考文献

论文的创新点和不足之处

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况