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基于水滴模板法构建微纳复合功能界面的研究

孙巍

  水滴模板法是一种可广泛适用于聚合物和纳米材料的动态可控的自组装模板图案化方法,利用成膜溶液溶剂挥发过程中所凝结的水滴阵列作为模板,可以实现一步法制备有序多孔膜。在经历了前期的方法学体系研究之后,对于水滴模板法的研究在近年来又出现了新的发展趋势与热点。本论文结合水滴模板法研究的热点方向,开展了基于化学(第二)组分图案化和二次结构设计的研究,利用两亲分子组分和固体粒子两类界面活性材料作为第二组分辅助制备聚合物有序多孔膜,同时还研究了第二组分的界面组装行为;研究了在反向蜂窝状图案化结构基础上,结合二次自组装过程来构建具有特殊浸润性的微纳功能界面。 1.两亲聚合物辅助水滴模板法的研究---尝试在聚乳酸(PLA)成膜材料中引入含聚氧乙烯(PEO)链段的两亲共聚物组分,证实了具有界面活性的两亲分子的加入能有效地稳定水滴模板,从而实现辅助构建蜂窝规整结构表面的作用,讨论了多种实验条件(包括环境湿度、溶液浓度、溶液加量和PLA分子量)对所制得的有序多孔膜膜孔结构的影响;并利用PEO组分的阻抗非特异性蛋白质吸附的特性,结合蛋白质吸附实验证实了亲水PEO链段在孔洞内壁处的选择性富集,制备得到了阻抗蛋白质吸附的图案化功能表面。 2.微粒辅助水滴模板法及构建粒子界面组装阵列的研究---以皮克林乳化效应与水滴模板法两个自组装过程的结合为理论基础,证实了固体粒子作为一种新型的界面活性材料,也可以作为第二组分有效地起到辅助实现水滴模板法的效果,以此为基础建立了微粒辅助水滴模板新方法。系统研究了无机粒子的物理和化学参数(包括尺寸、亲疏水性和用量)对于所辅助制备得到的多孔膜孔洞尺寸和形貌的影响,以及对粒子本身在孔洞内壁处组装形态的影响。进一步实施了聚合物和微凝胶粒子体系的微粒辅助水滴模板法,并探讨了这两类体系粒子在辅助膜片制备与粒子组装上的特点,证实了该方法基于粒子种类的通用性。通过加量条件的调控,实现了粒子在有序多孔膜内的定向组装,制备得到了选择性分布于微米图案化基底上的环状纳米粒子阵列,并提出皮克林乳化效应与液膜挥发时产生的毛细管流作用力的结合效应是粒子实现定向组装的驱动力。 3.基于反向蜂窝状图案化结构的二次设计构建特殊微纳功能界面的研究---基于水滴模板法制备得到的有序多孔基底,利用PDMS复制转移技术获得表面具有微米尺寸蜂窝状突起阵列的反向图案化结构。利用纳米银沉积和纳米粒子层层组装的方法,在微米尺寸蜂窝状突起阵列表面引入了纳米尺寸的粗糙结构,通过条件控制构建了理想的微纳复合结构而成功获得超疏水表面。pH增强的指数增长型层层自组装过程被应用于反向蜂窝状图案化结构基底上,考察了在不同组装层数下所能获得的复合结构或者自支撑膜片结构的形貌特征与表面润湿性。在低组装层数条件下,聚电解质沉积行为表现出拓扑形貌依赖性,最终导致多层膜组装出现了图案化基底模板导向性的组装形貌,形成了规则的网络状微纳复合聚电解质多层膜结构;而在高组装层数条件下组装获得了具有拓扑形貌非对称性的自支撑多层膜。通过这种基于指数增长型层层组装与图案化基底相结合的结构设计手段,在四双层的组装后即可构建得到具有高吸附性质的超疏水表面,而且在进一步的组装后,可以发生表面润湿模式的转化,实现从“粘性”超疏水表面到“不粘”超疏水表面的转变。……   
[关键词]:水滴模板法;皮克林乳化效应;粒子阵列;微纳复合结构;超疏水表面;层层组装
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2010年