离子扩散调控SiO2和聚苯乙烯胶体微球组装的新方法研究

摘要

由于胶体晶体具有光子频带宽，能耗低，抗干扰能力强，传播速度较半导体更快的特点。因此，胶体晶体被广泛应用于生物传感材料、光子运输、轻质结构材料等领域。制备胶体晶体的方法有重力沉降法、垂直沉降法、电泳沉积法等，然而这些方法不易制备得到单层的胶体晶体，并且制备条件相对较苛刻。本文利用金属离子的扩散形成浓度梯度推动做布朗运动的胶体微球，并进行动态组装，非常容易得到单层的胶体晶体结构。目前在制备胶体晶体的研究方面，暂时尚未报道利用该方法对胶体微球进行动态组装。
　　首先，本文采用St?ber法制备SiO2胶体微球。在醇-水系统中，以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，氨水作为催化剂制备单分散二氧化硅粒子。考察了氨水浓度、TEOS浓度、温度、无水乙醇浓度对二氧化硅微粒的影响。制备得到的SiO2微球采用TEM表征，当温度为30℃，氨水、TEOS、水、乙醇摩尔比为2:0.51:15:11时能制备得到粒径均匀（尺寸为500nm）的SiO2圆球。但是，制备得到的微球粒径低于μm级，而后期实验中需要的胶体微球粒度需要非常均一、并且在μm级以上，不能团聚或聚集。所以，制备得到的SiO2微粒未用于后期实验。
　　其次，设计电极图案（三角形和正方形）。因为，胶体微球需要被推动进行动态组装，所以在实验过程中需要电极均匀电离出金属离子，才会使得胶体微球整齐的进行组装。因此，根据实验需求，尝试了不同金属的电离情况，找到合适的金属-铁；再通过尝试显影、蒸镀、去胶等工艺及所需试剂，最终制备得到在外加电流作用下能均匀电离出亚铁离子的铁电极。
　　最后，在不同比例的乙二醇(EG)-水溶液中，分别配制SiO2胶体微球、聚苯乙烯（PS）胶体微球悬浮液，并将其置于三角形和正方形电极中进行动态组装，得到排列整齐的晶体结构；在无水甲苯中，用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰SiO2胶体微球，采用Zeta电位仪表征改性后SiO2胶体微球，证明其带正电荷，再利用相同的组装方法使其进行动态组装得到排列较整齐的晶体结构；将不同尺寸的SiO2胶体微球按先“大”后“小”的顺序加入到一定浓度的乙二醇-水溶液中，在金属离子的浓度梯度调控下，形成大尺寸微球在中心，小尺寸微球在外围的“包围状”晶体结构，成功组装了动态的二元胶体晶体结构。

目录

声明

1 绪论

1.1 胶体晶体的简介

1.2 胶体微球的制备方法

1.3 胶体晶体的自组装原理和方法

1.4 本课题的研究内容及意义

2 单分散SiO2微球的制备

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

3 电极的制备

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

4 胶体微球的动态组装

4.1 实验部分

4.2 胶体微球的动态组装

4.3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果