微梁传感技术对紫外光作用下偶氮苯表面应力的研究

摘要

偶氮苯聚合物是具有可逆顺反异构能力的光响应聚合物材料，也是目前研究最为广泛的一类光响应聚合物，特殊的光响应性质使其在信息存储、致动器和表面活性剂等领域得到广泛应用。近来有研究者设计制备了一种紫外光/可见光照射下能实现固液转变的偶氮苯聚合物，表面应力实时变化的研究对促进偶氮苯聚合物在聚合物加工、智能光驱动以及表面活性剂等领域的发展有重要意义，然而其固液转变的特性也为表面应力变化的研究带来难度，本文利用微悬臂梁传感器对可固液转变偶氮苯聚合物表面应力的实时变化进行研究，主要工作分为装置搭建和实验探究两大部分。
　　本文针对偶氮苯聚合物表面应力的研究自主设计并搭建了微悬臂梁修饰装置和微悬臂梁传感检测装置。微悬臂梁修饰装置主要用于实验前将偶氮苯聚合物修饰在微悬臂梁表面上，用于表面应力的实验检测，研究主要通过改变溶解方法和修饰方法最终实现了偶氮苯聚合物的均匀修饰，为实验检测结果的可靠性打下基础。微悬臂梁传感检测装置主要用于检测偶氮苯聚合物表面应力实时变化实验中微悬臂梁的偏转大小，主要包括光杠杆检测系统、紫外光/可见光切换系统和温度控制系统三大系统，研究主要通过实际标定和理论计算得到装置的精确度，并利用温度响应实验对装置的精确度进行验证，对实验检测装置的温度灵敏度进行探究。实验结果显示:装置稳定性较好，精确度可达3.74nm，温度灵敏度可达0.12℃。
　　应用微悬臂梁传感检测装置，本文对可固液转变偶氮苯聚合物表面应力的实时变化进行了实验探究。实验主要分为对偶氮苯在紫外光/可见光交替照射下固液转变期间表面应力的实时变化、连续循环交替照射下表面应力变化以及不同紫外光光强照射下表面应力实时变化变化三个部分的探究。根据实验数据对实验结果进行分析总结，结果表明:可固液转变的偶氮苯聚合物表面应力的变化在紫外光下呈现先减小再增大再减小至平衡的变化，在可见光照射后回复至原来状态，并且表面应力的变化呈现可循环的、受光强影响的结果。这种良好的重复循环的特性以及光强越强变化越大的规律将使可固液转变偶氮苯聚合物在致动器和可调控表面活性剂领域有更为广泛的应用。论文在最后对全文所涉及的装置搭建工作以及偶氮苯聚合物性质研究工作进行了简单的总结以及展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 功能高分子简介

1．1．2 光响应功能高分子

1．2 偶氮苯光响应功能分子材料

1．2．1 偶氮类聚合物定义及结构

1．2．2 偶氮苯聚合物的分类与机理

1．2．3 偶氮苯聚合物的特性

1．2．4 偶氮苯聚合物的应用

1．3 可固液转变的偶氮苯聚合物

1．3．1 可固液转变的偶氮苯聚合物简介

1．3．2 可固液转变的聚合物的研究进展

1．3．3 偶氮苯聚合物材料的研究方法

1．3．4 表面应力实时变化的研究意义

1．4 微悬臂梁传感器

1．4．1 微悬臂梁传感器简介

1．4．2 微悬臂梁的发展历史

1．4．3 微悬臂梁的工作模式

1．4．4 微悬臂梁的读取方式

1．4．5 微悬臂梁在功能高分子中的应用

1．5 本文主要工作和创新性

2．1 微悬臂梁修饰装置

2．2 基于偶氮苯表面应力检测的微悬臂梁检测装置搭建

2．2．1 光杠杆读出系统

2．2．2 紫外光／可见光切换系统

2．2．3 温度控制系统

2．3 修饰方法及改进

2．4 装置稳定性和精度的表征

2．4．1 激光器起始稳定性规律探究

2．4．2 微悬臂梁检测装置精度表征

2．4．3 温度响应实验

2．5 装置的优点及创新性

3 偶氮苯表面应力变化探究

3．1 原料与设备

3．2 实验方法

3．3 实验结果

3．3．1 紫外光／可见光照射下表面应力的实时变化

3．3．2 循环照射下表面应力实时变化

3．3．3 在不同UV光强下表面应力实时变化

4 总结和展望

4．1 全文工作总结

4．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果