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树莓状结构纳米复合粒子超疏水性表面的构建

作　者: 柏冲
导　师: 刘伟良
学　校: 齐鲁工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 树莓状复合粒子二氧化钛层层自组装介孔结构超疏水
分类号: O647
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

树莓状复合粒子是一种由有机或无机客体粒子通过化学键接或者电荷作用力等“附着”在更大尺寸的主体粒子表面而形成的，类似于“树莓”表面结构的有机无机纳米复合粒子。树莓状粒子兼具主客体两相物质的性能特点，又因其粒子表面具有精细复杂的微米纳米二级层次结构，因而在自清洁涂层、催化、药物运载和生物分析等方面具有非常广阔的应用前景。本论文利用聚电解质的层层自组装进行树莓状复合粒子的制备，以期获得形貌理想、组分多样化的树莓状复合粒子，并且探究所制备的树莓状复合粒子的润湿性，制备出超疏水涂层。本论文主要研究内容如下：1.以SiO2粒子为主体粒子，TiO2粒子为客体粒子，利用聚电解质的层层自组装修饰SiO2粒子使其表现正电荷。荷负电的TiO2粒子在静电作用力驱动下吸附到被修饰后的SiO2粒子表面，最终获得SiO2@TiO2树莓状形貌。经过低表面能物质的修饰过程后，复合粒子涂层表现出超疏水性能。涂层的润湿性通过Wenzel模型和Cassie模型得到理论解释。实验结果证明，SiO2@TiO2涂层表现出良好的超疏水性能，并且在紫外光的照射下，实现了由超疏水向超亲水的转变。2.通过St ber法分别制备出Fe3O4@SiO2@TiO2核壳结构复合粒子和SiO2粒子。在静电作用力驱动下，荷负电的SiO2客体粒子吸附到因聚电解质修饰而呈现正电荷的Fe3O4@@SiO2@TiO2复合粒子表面，形成树莓状形貌。经过煅烧后，最终获得γ-Fe2O3@SiO2@TiO2@SiO2树莓状复合粒子。复合粒子经过低表面物质修饰后，其涂层表现出良好的超疏水性能。复合粒子将介孔结构、树莓状形貌和磁性综合在一起，并且表现出良好的超疏水性能。3.采用St ber法实现SiO2和TiO2对Ag纳米粒子的先后包覆；通过“一锅法”制得PS@SiO2复合粒子；通过聚电解质的层层自组装修饰，荷负电的PS@SiO2粒子转变为荷正电；荷负电的Ag@SiO2@TiO2复合粒子在静电作用驱动力下“附着”到PS@SiO2粒子表面，最终形成树莓状形貌；复合粒子在移除PS模板后形成中空结构。实验结果表明，在可见光激发下，复合粒子表现出良好的对亚甲基蓝的催化能力。复合粒子成功地将中空结构、树莓状形貌和光催化性能综合在一起。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-25
  1.1 引言  11-12
  1.2 树莓状粒子的制备方法  12-17
    1.2.1 物理方法  12-15
      1.2.1.1 氢键及静电作用力  13
      1.2.1.2 层层自组装吸附  13-15
    1.2.2 化学方法  15-17
      1.2.2.1 化学共价键接  16
      1.2.2.2 Pickering 粒子聚合合成法  16-17
  1.3 树莓状复合粒子的应用领域  17-19
    1.3.1 超疏水领域  17-18
    1.3.2 催化方面应用  18-19
    1.3.3 介孔空心粒子  19
    1.3.4 其他方面的应用  19
  1.4. 固体表面润湿  19-23
    1.4.1. 杨氏方程  20-21
    1.4.2 非理想固体表面润湿模型——Wenzel 模型  21-22
    1.4.3 非理想固体表面润湿模型——Cassie 模型  22-23
  1.5 本论文的研究背景、研究内容及创新性  23-25
    1.5.1 本论文的研究背景和意义  23
    1.5.2 本论文的主要研究内容  23-24
    1.5.3 本论文的创新之处  24-25
第2章 SiO_2@TiO_2树莓状粒子的制备及其表面润湿性探究  25-37
  引言  25
  2.1 实验部分  25-28
    2.1.1 实验原料  25-26
    2.1.2 树莓状粒子的制备  26-27
    2.1.3 主要表征及测试  27-28
  2.2 结果与讨论  28-36
    2.2.1 傅立叶红外光谱表征  28-29
    2.2.2 TEM 及 SEM 分析  29-30
    2.2.3 SiO_2@TiO_2的 X 射线衍射表征  30-31
    2.2.4 树莓状粒子的光催化性能的表征  31-32
    2.2.5 乙烯基三乙氧基硅烷使用量对 V-SiO_2@TiO_2树莓状复合粒子涂层接触角的影响  32
    2.2.6 反应时间对 V-SiO_2@TiO_2树莓状复合粒子涂层接触角的影响  32-33
    2.2.7 树莓状粒子涂层润湿性的表征  33-35
    2.2.8 紫外光照射对薄膜润湿性行为的影响  35
    2.2.9 超疏水表面对环境 pH 值的耐受性  35-36
  2.3 结论  36-37
第3章 γ-Fe_2O_3@SiO_2@TiO_2@SiO_2树莓状粒子的制备及其表面润湿性探究  37-47
  引言  37-38
  3.1 实验部分  38-40
    3.1.1 实验原料  38
    3.1.2 树莓状粒子的制备  38-40
    3.1.3 主要表征及测试  40
  3.2 结果与分析  40-46
    3.2.1 X 射线衍射分析  41-42
    3.2.2 透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析  42-43
    3.2.3 N_2吸附等温线表征  43-44
    3.2.4 红外表征(FTIR)分析  44-45
    3.2.5 树莓状粒子薄膜润湿性分析  45-46
  3.3 结论  46-47
第4章 SiO_2@Ag@SiO_2@TiO_2树莓状粒子的制备  47-61
  引言  47-48
  4.1 实验部分  48-51
    4.1.1 实验原料  48-49
    4.1.2 树莓状粒子的制备  49-50
    4.1.3 主要表征手段  50-51
  4.2 结果与分析  51-59
    4.2.1 Ag@SiO_2@TiO_2复合粒子的表征  51-55
      4.2.1.1 TEM 表征分析  51-52
      4.2.1.2 紫外表征分析  52-53
      4.2.1.3 X 射线衍射分析  53-54
      4.2.1.4 N_2等温吸附线表征  54-55
      4.2.1.5 高分辨透射电镜(HRTEM)分析  55
    4.2.2 中空结构树莓状复合粒子及其光催化性能的表征  55-59
      4.2.2.1 透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析  55-57
      4.2.2.2 光催化性能分析  57
      4.2.2.3 可见光光催化机理  57-59
  4.3 结论  59-61
第5章结论  61-63
展望  63-65
参考文献  65-73
致谢  73-75
在学期间主要科研成果  75

树莓状结构纳米复合粒子超疏水性表面的构建

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