悬浮液气-液界面二元胶体颗粒的漂浮组装机理

提出一种在悬浮液气-液界面漂浮组装亚微米单分散聚苯乙烯(PS)微球和纳米SiO2颗粒二元胶粒晶体的新方法, 并系统研究了漂浮组装机理. 研究表明, 聚苯乙烯微球和二氧化硅两种胶体颗粒在悬浮液气-液界面的漂浮组装是以PS微球的组装为主导的. 在一定PS微球相浓度范围内, 悬浮液中PS 微球与SiO2颗粒的初始体积配比基本不影响PS微球有序组装的形成. PS微球粒径在150-500 nm时易于形成有序排列, 较小或较大粒径的PS微球难以形成有序排列. SiO2颗粒的组装是一种以PS微球为“基底”的沉积过程. 二元胶粒晶体中SiO2颗粒的体积分数由其在混合悬浮液中的相浓度所决定.     

贯通孔道网络结构大孔Al2O3催化材料的制备

采用模板法制备了具有贯通孔道网络结构的大孔Al2O3催化材料. 为确保模板材料的体积分数低于74%时Al2O3孔道的贯通, 设计并实现了模板聚苯乙烯(PS)微球先胶凝再与催化材料Al2O3纳米颗粒复合的制备路线. 通过PS微球悬浮液的流变性表征凝胶状态的形成. 实验结果表明, 加入适当浓度的硝酸铝溶液后PS微球悬浮液出现了由溶胶向凝胶的转变. 通过扫描电镜对大孔Al2O3催化材料的孔道结构进行表征, 结果表明, 与有序大孔材料相比大孔催化材料中孔配位数有所降低, 骨架厚度提高且具有贯通的孔道网络结构. 大孔结构抗压强度实验表明, 随着模板PS微球质量分数的降低, 机械强度明显提高.     

微米级胶体晶体可控制备与红外波段光学特征研究

通过调整配方,得到了不同粒径的微米级单分散聚苯乙烯(PS)胶体微球,利用优化的垂直沉积法将PS胶体微球自组装成高质量的蛋白石型光子晶体材料,并通过激光粒度分析仪、扫描电镜和红外光谱仪等实验手段研究其可控制备与红外波段光学特征.其中由1.00和1.20μm PS单分散胶体微球自组装成的三维光子晶体的禁带位置分别为2.25、2.47μm,符合理论计算结果.该材料可改变目标红外波段的辐射特征,未来有望应用于热障涂层材料和红外隐身技术等领域.     

颗粒模板法制备大孔Al2O3材料

采用颗粒模板法制备了大孔氧化铝(Al2O3)材料. 扫描电子显微镜(SEM)结果显示, 大孔Al2O3结构中的大孔呈“囊泡状”且孔道的贯通性较差. Zeta电位测量表明, 共沉积条件下聚苯乙烯(PS)和Al2O3两种胶体颗粒带有相反的电荷, 在静电引力作用下先发生了吸附, 再沉积在一起. 吸附在PS微球表面的Al2O3纳米颗粒形成的吸附层是导致大孔呈“囊泡状”和孔道不贯通的主要原因. 采用聚二烯丙基二甲基氯化铵(PD)溶液对PS胶体微球带电性质进行了改性, PS微球的Zeta电位由−44.36 mV变成了+37.41 mV, 进而消除了沉积过程中二元颗粒间的吸附现象. 扫描电子显微镜显示, 大孔样品中“囊泡状”大孔消失, 同时孔道贯通性得到改善.     

TiO2掺杂调控聚苯乙烯微球折射率及胶体光子晶体结构色

胶体光子晶体由于其可调变的结构色在绿色印刷、印染等领域备受关注,而其光子带隙的宽度和位置由光子晶体的晶格参数(晶面间距,通常受胶体微球尺寸影响)和介质的折射率决定。现有人工胶体光子晶体主要基于SiO_2和高分子(如聚苯乙烯(PS)等)微球的组装制备,由于胶体微球材质种类有限,折射率调控受限,因而目前调控胶体光子晶体结构色主要靠改变胶体微球的尺寸来实现。本文首先制备高折射率(2.6)的TiO_2纳米晶,在乳液聚合制备单分散的PS(折射率1.6)微球过程中,将所制备的TiO_2纳米晶掺杂于PS微球中,通过TiO_2的掺杂量有效调控胶体微球的折射率,进而实现胶体光子晶体的结构色调控。以多色胶体光子晶体微球的水溶液为墨水,采用彩色喷墨打印技术打印了电脑设计的光子晶体彩画。本文发展的光子晶体结构色调控新技术拓展了胶体光子晶体的应用。     

磁性微球的制备及应用

磁性微球在生物医学和分离工程等多个领域都有广泛的应用,如固定化酶、靶向药物载体、核磁共振成像、细胞标记及分离、核酸和蛋白质分离纯化、环境治理等.近年来随着纳米新材料及制备工艺的不断创新,磁性微球的制备及应用都取得了大量进展.磁性微球的制备方法主要可以分为4类:(1)包裹法,在微球生成的同时将磁性纳米颗粒包裹在微球基质内,又可以细分为异质聚合法、乳化-溶剂挥发法、膜乳化和微流控技术、反相悬液-交联法、Stober法、聚合诱导胶体聚集法等;(2)模板组装法,在模板微球内部或表面组装磁性纳米颗粒,包括溶胀法、吸附法和静电自组装法等;(3)模板原位生成法,在模板微球的内部或表面原位生成磁性纳米颗粒,包括共沉淀、沉淀-氧化法、有机前驱体热分解法等;(4)溶剂(水)热法,以有机溶剂或水为介质,密闭体系中的反应物在一定的温度和溶液的自生压力下反应得到磁性微球.本文按照制备方法对近几年来磁性微球领域的研究进展进行了总结,包括反应原理、磁性微球的性质、表面功能化和应用介绍.     

微凝胶胶体晶体研究进展

Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAM)微凝胶粒子是一种软的胶体粒子.和单分散的SiO_2、PS、PMMA等硬的胶体粒子一样,单分散的PNIPAM微凝胶粒子也可以自组装成为高度有序的胶体晶体.微凝胶粒子软物质的特性及其对外部刺激的响应性赋予其不同于硬球的组装行为.微凝胶胶体晶体的高度有序结构及其刺激响应性使其在诸多领域有重要用途.本文分别介绍了三维及二维微凝胶胶体晶体组装的研究进展,并对已开发的基于微凝胶胶体晶体的应用进行了总结.     

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.     

胶体晶体模板法制备三维有序大孔复合氧化物*

胶体晶体模板法是制备三维有序大孔（3DOM）复合氧化物材料的有效方法。制备过程一般包括3个步骤：首先,将单分散微球堆积成三维有序排列的胶体晶体;其次,将液态前驱体填充到胶体晶体的间隙,并在原位转化为固体骨架;最后,将微球去除,在原来微球间的空隙位置得到固体骨架,原来微球占据的位置则成为相互连接的孔穴。其中,胶体晶体模板的组装、前驱体的填充以及模板的去除都是制备3DOM复合氧化物的关键影响因素。本文针对这几个控制因素对胶体晶体模板法制备3DOM复合氧化物的影响进行了概述,并对孔结构的表征以及材料在催化和电极材料等方面的应用作了简单介绍。     

聚合物模板微球表面电性对中空二氧化硅微球形貌的影响

分别以过硫酸钾和偶氮二异丁基脒盐酸盐为引发剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,在水中引发苯乙烯聚合制备了2种表面分别带负电性和正电性基团的聚苯乙烯(PS)模板微球.在氨水催化下,利用正硅酸乙酯的水解缩合,形成PS/SiO_2复合微球,去除模板后得到中空SiO_2微球,并对其进行FTIR、电子显微镜、TGA以及氮气吸附等分析表征.结果表明,PS模板微球表面的电性决定了OH-的分布,从而导致PS模板微球表面SiO_2壳层不同的形成机制.当以表面带负电的PS微球为模板时,可得到树莓状的中空SiO_2微球;而以表面带正电的PS微球为模板时,得到是表面光滑的,具有介孔结构的中空SiO_2微球.     

Charge-driven flocculation of poly(L-lysine)-gold nanoparticle assemblies leading to hollow microspheres

An unusual aggregation phenomenon that involves positively charged poly(L-lysine) (PLL) and negatively charged gold nanoparticles (Au NPs) is reported. Discrete, submicrometer-sized spherical aggregates are found to form immediately upon combining a PLL solution with gold sol (diameter approximately 14 nm). These PLL-Au NP assemblies grow in size with time, according to light scattering experiments, which indicates a dynamic flocculation process. Water-filled, silica hollow microspheres (outer diameter approximately microns) are obtained upon the addition of negatively charged SiO2 NPs (diameter approximately 13 nm) to a suspension of the PLL-Au NP assemblies, around which the SiO2 NPs form a shell. Structural analysis through confocal microscopy indicates the PLL (tagged with a fluorescent dye) is located in the interior of the hollow sphere, and mostly within the silica shell wall. The hollow spheres are theorized to form through flocculation, in which the charge-driven aggregation of Au NPs by PLL provides the critical first step in the two-step synthesis process ("flocculation assembly"). The SiO2 shell can be removed and re-formed by decreasing and increasing the suspension pH about the point-of-zero charge of SiO2, respectively.     

Practical approach for macroporous structure embedded microfluidic system and the catalytic microchemical application

We present a low cost and practical approach to integrate 3D ordered macroporous polyfluoropolyether (PFPE) patterns into a microchannel by a series of porous pattern fabrication processes and subsequent photolithography in a site- and shape-selective manner. The 3D ordered macroporous patterns with high-resolution edges were firstly fabricated by microtransfer molding (μ-TM) of the sacrificial polystyrene (PS) template infiltrated with PFPE as a non-adhesive and solvent-resistant skeletal material. The resulting robust PFPE porous structures with high solvent resistance on a silicon wafer can easily be embedded into the microchannel with the aid of conventional photolithography, leading to a microfluidic system with a built-in microstructure. Moreover, catalytic Pd nanoparticles implanted on the surface of the porous structure were obtained by use of Pd nanoparticle deposited PS spheres, the porous structure embedded channel was utilized to perform a Suzuki coupling reaction.     

三维有序介孔/大孔TiO2微球的制备、表征及光催化性能

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,分别以钛酸四丁酯和四异丙醇钛为钛源,通过溶胶-凝胶法辅助模板法制得TiO2纳米微球前驱体,并用程序升温控制其焙烧温度,最终成功制得了具有三维有序介孔/大孔复合结构的TiO2微球.以罗丹明B(RhB)为模型污染物,探索了以不同钛源制备得到的介孔/大孔复合TiO2微球的光催化性能;并采用XRD、SEM、TEM、UV-vis DRS、比表面积测试、光催化性能测试等对样品的晶粒尺寸、物相、形貌、光吸收、比表面积及性能等进行了分析.结果表明,运用溶胶凝胶法辅助模板法能够合成结晶度高、形貌规整、比表面积大、光催化活性良好的锐钛矿相TiO2微球.     

三维有序大孔Al2O3制备的新方法及表征

以聚苯乙烯胶晶为模板,用Al(NO3)3•9H2O为前驱物,使用柠檬酸为配体,成功地制备了孔径为250～350 nm的三维有序大孔Al2O3材料.SEM观察表明,所得大孔材料孔结构规则排列,孔与孔之间通过小孔相连,形成了一个三维有序排列的蜂窝状结构.实验发现,以Al(NO3)3•9H2O为前驱物,加入柠檬酸可以防止团聚粒子的产生,有利于三维有序结构的形成.前驱物浓度在0.5～0.8 mol•L－1范围内均能得到较好的三维有序大孔结构.在1 100 ℃焙烧2 h后,Al2O3大孔材料仍能保持完整的规则孔结构特征,表现出较高的热稳定性.     

新型大孔结构重油加氢催化剂的制备、表征与评价

将聚苯乙烯（PS）颗粒模板加入到铝溶胶中,经干燥、煅烧除去PS模板制备了大孔氧化铝载体;采用低温N₂吸附 脱附和SEM对合成Al₂O₃的孔结构进行了表征;将Co-Mo活性组分担载在大孔氧化铝载体上制得重油加氢催化剂,并以大港焦化蜡油为原料在固定床高压微反装置上对合成的催化剂进行活性评价。实验表明,加入PS模板后,Al2O3的比表面积增加了41.5m²/g,孔体积增加了0.35cm³/g;加氢脱硫活性提高了12%,脱氮活性提高了22%。     

Combination of microspheres and sol-gel electrophoresis for the formation of large-area ordered macroporous SiO2

A simple and effective fabrication scheme involving sequential electrophoretic depositions of polystyrene (PS) microspheres (500 nm and 1 μm in diameter) and SiO₂ sols (~ 5 nm in diameter) to produce large-area ordered macroporous SiO₂ inverse opals (2 × 2 cm²) on ITO substrates is demonstrated. The zeta potentials for PS microsphere suspension and SiO₂ sols are measured to determine an optimized processing window in which both samples carry negative surface charges and sol-gel transformation can be properly implemented. Our approach entails the electrophoresis of PS microspheres to render a colloidal crystal with negligible defects. Afterward, SiO₂ sols are infiltrated to the interstitial voids among the closely-packed PS microspheres via another electrophoresis process, followed by an oxidation treatment to remove the PS colloidal template and complete the densification of SiO₂ gels. The resulting SiO₂ inverse opals reveal impressive surface uniformity and structural integrity. Fourier transform infrared spectroscopy confirms the complete removal of PS microspheres, leaving an intact SiO₂ skeleton, whereas X-ray diffraction pattern indicates its amorphous nature.