有序/无序非对称型多层多孔结构的一步法制备研究

反相乳液-水滴模板(Ie-BF)法被用以制备具有非对称多层多孔结构的聚合物薄膜.具体来说,通过在高湿环境条件下浇筑以聚合物/三氯甲烷溶液为油相所制备的反相乳液,最终在所制备薄膜的表面层形成单层有序的蜂窝状BF多孔阵列结构,同时在本体层形成无序排布的多层多孔结构.通过调节所浇筑乳液的组成以及Ie-BF法实施的条件,可以同...     

水滴模板法制备聚合物蜂窝状多孔膜的研究进展

水滴模板法是一种可广泛适用于聚合物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,对水滴模板法研究的不断深入和完善,研究的焦点已经从方法学本身逐渐转为如何将水滴模板法作为一种技术手段进行新功能和新结构的开发,并开始有了一些应用型研究的出现。本文从"基于水滴模板法的化学组分图案化研究"和"基于水滴模板法的二次结构或组分设计"两个方面来介绍水滴模板法的发展趋势与研究热点。     

基于水滴模板法的微纳复合超疏水结构制备的研究

利用粒子辅助水滴模板法的实施获得规则蜂窝状图案化多孔结构模板,并进一步利用聚二甲基硅氧烷(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.以这种图案化突起结构作为微米尺寸所提供的微米级粗糙度为基础,设计了2种的简单的二次纳米结构的引入过程,最终实现了微米级阵列和纳米级粗糙度的复合.第一种方法借助银镜反应来实现纳米银结构的化学沉积,最终在PDMS阵列表面获得了致密的纳米银颗粒沉积层,并成功获得了表面接触角达166度的超疏水性质.第二种方法利用了聚电解质/二氧化硅粒子层层静电自组装的方法引入纳米结构,结果在仅仅进行了2个组装循环的条件下即可获得超疏水性质的表面复合结构.通过简单的实验设计试图提供一种基于水滴模板法的微纳复合超疏水结构的普适性制备方法.     

两亲性Janus粒子在蜂窝状多孔聚合物膜上的自组装性能

采用具有两亲性的两面体(Janus)粒子实现稳定的粒子界面组装与水滴模板法自组装过程相结合的方法获得了粒子在蜂窝状多孔聚合物薄膜内壁的高效定向修饰.通过与均质粒子组装形貌的对比,证明了Janus粒子因其特殊的界面自组装活性,可以获得高粒子加量条件下的规则多孔结构,解决了使用均质粒子时存在的结构有序性和粒子修饰密度之间的矛盾.而在较低粒子加量的条件下,Janus粒子也展示出与均质粒子极为不同的组装形貌.这一方法的建立,为新型表面功能化材料的制备提供了一个新的思路.     

基于粒子辅助水滴模板法制备仿生复眼结构的研究

将微粒“皮克林乳化效应”(Pickering emulsions)和水滴模板法(breath figure method)有机结合,探索通过建立粒子辅助的水滴模板法,实现纳米粒子在蜂窝状多孔膜内壁的自组装复合,构建微纳复合的多级仿生结构.并进一步利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)复制转移技术,获得类似于复眼结构的多级微纳复合界面仿生结构.     

呼吸图案法制备蜂窝状有序多孔薄膜及其功能化应用

呼吸图案(BF)法是一种制备微纳米级规整多孔结构的简单、廉价和高效的方法, 它以水滴为模板, 通过水滴有序排列得到蜂窝状有序多孔结构, 其孔的形貌可以通过选择不同的成膜材料和成膜环境等条件得到控制, 所以在分离膜、模板、响应性表面、催化剂、光电材料等研究领域有广阔的发展前景. 但是, 到目前为止, 人们发现由于成膜条件的不同, 多孔膜的孔形貌受多种因素影响, 规整多孔膜形貌的控制机理还不是很明确, 没有一个统一的结论. 本文结合本课题组所做工作及近五年来国内外呼吸图案法制备蜂窝状有序多孔薄膜的研究成果, 对多孔薄膜的形成过程及其影响因素、多孔膜的功能化及应用等方面进行了归纳总结, 试图揭示孔的形成及孔形貌的调控等相关规律, 希望对后续的进一步研究与应用奠定基础.     

水滴模板法构筑蜂窝状有序多孔膜*

水滴模板法是利用凝结并自组织有序排列的水滴为模板构筑有序蜂窝状多孔薄膜的方法。这种方法具有方便、快速、廉价、作为模板的水滴可以自然蒸发而除去,且孔洞的尺寸可以通过改变相关的实验参数方便的进行调控的优点,因而近年来受到了人们的广泛关注。本文介绍了利用水滴模板法构筑有序多孔薄膜的实验方法,探讨了形成机理和相关实验条件对多孔薄膜结构的影响,并结合当前的研究热点针对多孔薄膜的进一步应用,着重综述了水滴模板法在不同性质的成膜材料体系的应用、多孔薄膜中亚有序结构的引入以及提高多孔薄膜稳定性的方法。最后,本文展望了利用水滴模板法构筑有序多孔薄膜这一研究领域的发展前景。     

水滴模板法构筑蜂窝状有序多孔薄膜

水滴模板法是利用凝结并自组织有序排列的水滴为模板构筑有序蜂窝状多孔薄膜的方法。这种方法具有方便、快速、廉价、作为模板的水滴可以自然蒸发而除去,且孔洞的尺寸可以通过改变相关的实验参数方便地进行调控的优点,因而近年来受到了人们的广泛关注。本文介绍了利用水滴模板法构筑有序多孔薄膜的实验方法,探讨了形成机理和相关实验条件对多孔薄膜结构的影响,并结合当前的研究热点针对多孔薄膜的进一步应用,着重综述了水滴模板法在不同性质的成膜材料体系的应用、多孔薄膜中亚有序结构的引入以及提高多孔薄膜稳定性的方法。最后,本文展望了利用水滴模板法构筑有序多孔薄膜这一研究领域的发展前景。     

MOFs在乳液中的可控生长

金属有机框架(Metal organic frameworks, MOFs)材料是金属离子与有机配体自组装形成的形貌可控的多孔晶体材料。表面活性剂的乳化作用是形成乳液的关键,其自组装形成不同形貌的胶束控制最终产物的形貌。因此,在MOFs的制备中,不同乳液体系中的胶束亦可以作为反应模板,从而调控MOFs的形貌。本文简要介绍了传统乳液、反相微乳液、无皂乳液和Pickering乳液的形成机理和特点。重点综述了近年来MOFs在不同乳液体系中可控生长研究。其中,利用无皂乳液法和Pickering乳液法是构建MOFs复合材料的理想思路。     

蜂窝状有序膜功能化研究进展*

水滴模板法是近年来引人瞩目的一种制备有序微结构材料的方法,所制备的蜂窝状有序膜在微容器和微反应器、图案化模板、细胞培养支架、光学材料、超疏水表面、分离膜等领域具有十分重要的应用前景。本文对蜂窝状有序膜功能化研究的最新进展进行了系统总结,详细介绍和分析了原位多层次自组装、表面接枝、生物活性分子固定、交联、模板法成膜以及表面填充等蜂窝状有序膜的功能化方法。     

聚乳酸蜂窝状多孔膜的形成与控制

以单一组分聚L-乳酸(PLLA)为成膜材料,利用水辅助法制备了聚乳酸(PLLA)蜂窝状多孔膜.利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察多孔膜形貌.研究溶剂、溶液浓度、环境温度和湿度等因素对所成多孔膜结构的影响.实验结果表明,高湿度环境和具有一定浓度的聚合物溶液是制备蜂窝状多孔膜的必要条件.溶剂的挥发性是形成规整蜂窝状孔结构的关键因素.环境相对湿度由43%增加到91%,PLLA多孔膜的孔径由(1.75±0.24)μm增加到(11.50±1.43)μm,且孔呈现六边形的蜂窝状结构.扫描电镜断面和AFM表明:膜表面形成了深度约为1.8μm的单层孔结构.通过控制溶液浓度、环境温度和湿度等因素来控制膜的表面形貌及其所成蜂窝状孔的大小.最佳的成膜条件为溶剂CH2Cl2,湿度75%RH,温度34℃,浓度3 wt%.讨论了蜂窝状多孔膜的形成机理.     

以Pluronics为第二组分制备聚乳酸蜂窝状规整多孔薄膜

以聚乳酸（PLA）为成膜材料,以两亲三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO（Pluronics）为第二组分,利用水辅助法成功地制备了聚乳酸蜂窝状多孔膜.研究了环境湿度、溶液浓度和所用PLA分子量对多孔膜结构的影响.结果表明,加入第二组分PEO-PPO-PEO能有效地促进规整蜂窝结构的形成.蛋白质吸附实验结果进一步证明了PEO-PPO-PEO组分在孔洞内壁的富集,由此构建了阻抗蛋白质吸附的图案化功能结构表面.     

以Pluronics~为第二组分制备聚乳酸蜂窝状规整多孔薄膜

以聚乳酸(PLA)为成膜材料,以两亲三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO(Pluronics)为第二组分,利用水辅助法成功地制备了聚乳酸蜂窝状多孔膜.研究了环境湿度、溶液浓度和所用PLA分子量对多孔膜结构的影响.结果表明,加入第二组分PEO-PPO-PEO能有效地促进规整蜂窝结构的形成.蛋白质吸附实验结果进一步证明了PEO-PPO-PEO组分在孔洞内壁的富集,由此构建了阻抗蛋白质吸附的图案化功能结构表面.     

溶剂散逸自组装法制备具有电致收缩性能的聚苯胺/聚氨酯凹透镜阵列

以水珠为模板,采用溶剂散逸自组装法制备了表面具有特殊形貌的有序多孔膜. 以此多孔膜为模板制备了聚苯胺/聚氨酯（PANI/PU）的凹透镜阵列. 采用红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）对界面聚合得到的PANI/PU纳米复合物的结构和凹透镜阵列的形貌进行了表征,研究了不同合成条件对纳米复合物导电性能的影响,并对PANI/PU凹透镜阵列的电学和光学性能进行了研究. 结果表明,PANI/PU凹透镜阵列同时具有导电性、电致收缩性和光衍射性质;其收缩率与外加电压成反比,而透光率与收缩率成正比.     

以Pluronics(R)为第二组分制备聚乳酸蜂窝状规整多孔薄膜

以聚乳酸(PLA)为成膜材料, 以两亲三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO(Pluronics(R))为第二组分, 利用水辅助法成功地制备了聚乳酸蜂窝状多孔膜. 研究了环境湿度、溶液浓度和所用PLA分子量对多孔膜结构的影响. 结果表明, 加入第二组分PEO-PPO-PEO能有效地促进规整蜂窝结构的形成. 蛋白质吸附实验结果进一步证明了PEO-PPO-PEO组分在孔洞内壁的富集, 由此构建了阻抗蛋白质吸附的图案化功能结构表面.     

超声场中高分子乳液稳定性与多孔材料结构的调控机理研究

采用星型聚合物POSS-（PMMA）₈作为乳化剂兼成膜基质,使用超声乳化法制备w/o型聚合物乳液,制备的乳液液滴初始直径受超声功率调控,阐明了超声功率对液滴直径大小的作用规律.结果表明乳液液滴直径呈双峰分布,且随超声功率的增大液滴直径增大.通过改变水相离子浓度制备聚合物乳液,得到的乳液液滴直径10 μm左右且单分散性好,并发现随超声功率增大乳液的絮凝程度增大.探索了超声功率对乳液失稳机制的影响,当超声功率低于750 W时,奥氏熟化是乳液失稳的主要机制.通过浸渍法制备以玻璃纤维为基底的多孔膜材料,发现多孔材料的孔径变化与对应乳液的液滴直径变化基本一致.本研究证实了通过改变超声功率可以调控乳液的液滴直径,然后利用乳液模板法能获得结构和形貌可控的多孔材料.     

Pickering乳滴模板法制备超粒子结构有机/无机杂化微球

Pickering乳滴模板法制备有机/无机杂化的核壳微球越来越引起人们的关注,主要因为该方法制备出的微球具有以无机粒子为壳层的超粒子结构(supracolloidal structure),能够赋予微球独特的功能.胶体粒子在乳滴表面自组装形成有序的球面胶体壳,得到稳定Pickering乳液,固定乳滴表面的胶体粒子来制备核壳结构的微球或者以胶体粒子为壳层的微胶囊(colloidosome).本文综述了我们课题组以Pickering乳滴模板法制备超粒子结构有机/无机杂化微胶囊包括实心微球方面的工作.我们选择具有不同性能、种类的胶体粒子以及具有不同性质和功能的核材料,采用Pickering乳滴模板法,对吸附在乳滴表面的胶体粒子用不同的固定方法制备具有不同结构和性能的微球和微胶囊,利用基于多重Pickering乳液的聚合技术制备双纳米复合的超粒子结构多核聚合物微球.     

有序自组装聚合物纳米结构

采用水辅助方法(water-assisted fabrication method),分别以4-十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(PANI-DBSA)和聚2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)苯乙炔(MEH-PPV)两种功能高聚物为成膜材料,冷凝水滴为模板,利用水滴在聚合物溶液表面的自组装,制备出了两种纳米层次以上的蜂窝状有序多孔聚合物薄膜.通过原子力显微镜和共聚焦荧光显微镜对其形貌、电学性质和荧光图像进行了表征.     

扩散致相转化法制备结晶性聚合物多孔膜

介绍了扩散致相转化法制备结晶性聚合物多孔膜的研究现状。其三元等温成膜体系的相图包含液-液分相和固-液分相两种相分离方式,是理解成膜过程的重要工具,总结了成膜机理和膜的结构形貌：单纯S-L相分离生成粒子状对称膜结构;单纯L-L相分离生成蜂窝状非对称膜结构;两种相分离方式竞争发生将生成多样的混合膜结构。铸膜液浓度、非溶剂种类、铸膜溶剂组成、凝胶浴组成、制膜温度是影响膜结构形貌的主要因素。     

掺杂态聚苯胺蜂窝状有序多孔薄膜的制备及形成机制的探讨

近年来,由于微米、亚微米及纳米级有序多孔结构薄膜可以用于催化、生物培养基材、分离或吸附介质、光子晶体等诸多方面从而引起了科学家们极大的研究兴趣^[1～6].微制作是使材料表面具有新性能的重要手段,激光刻蚀及其相关技术已经被应用于不同表面的微图案化和微器件的制作^[7],另外,还可通过自组装技术进行多孔薄膜的制备^[8,9].Francois等^[10]于1994年首次提出了水辅助方法(Water-A ssisted Fab-rication),即在高湿度的环境下,以冷凝水滴为模板,在固体基片上制备了孔径分布均一,排列紧密的蜂窝状有序多孔薄膜.继而人们对此方法做了进一步的研究,不仅突破了最初的聚苯乙烯及其共聚物体系^[10～13],而且使用双亲共聚物^[14]、聚离子复合物^[15]和TiO₂前驱体的混合物^[16]等成功地获得了蜂窝状有序多孔薄膜,同时系统地研究了成膜体系及成膜条件对形成蜂窝状有序多孔薄膜的影响,并对形成机制进行了探讨.聚苯胺是典型的导电高分子,有关聚苯胺有序多孔结构薄膜的研究已有报道^[17～19].本文采用水辅助方法,在高湿度环境下,使用4-十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(PANI-DBSA)为成膜材料,制备了双层蜂窝状有序多孔薄膜,并通过原子力显微镜(A FM)对薄膜的形貌和电学性质进行了表征.同时在已有成膜机制的基础上,提出了该双层蜂窝状有序多孔薄膜的形成机制.