微生物发酵诱导多孔材料: 制备方法和应用

微生物发酵作为一种新的制备多孔材料的方式, 将微生物发酵工程与发泡工程有机结合起来, 克服了传统制备方法需要特殊设备、 操作复杂、 后处理繁琐、 化学药品污染和成本昂贵等缺点, 受到了广泛关注.本文基于微生物发酵多孔材料的研究, 围绕多孔材料的定义和多孔水凝胶的分类及制备方式进行总结.针对微生物发酵诱导制备多孔材料的制备方法, 综合评述了该方法在染料吸附、 海水蒸发脱盐、 电磁屏蔽以及制备新型功能性生物材料等方面的应用.最后, 对微生物诱导制备多孔材料的未来发展进行了展望.     

半导体激光阵列谱合束系统中光束串扰物理机制分析

在外腔反馈半导体激光谱合束系统中,由于半导体激光阵列的“smile”效应、外腔中光学元件制作误差等因素,激光阵列一子单元发射光束经过外腔返回注入其他子单元,在两子单元之间形成光束串扰并影响合束特性.本文从耦合腔光束谐振角度出发,基于光反馈半导体激光器速率方程,构建了耦合腔谐振模型,推导了激光器稳态输出时能在耦合腔中起振的光束模式.结合耦合腔模式竞争机制与耦合腔谐振模型分析由两子单元间距变化引起的不同串扰对锁定光谱和合束效率的影响.结果表明子单元间的串扰行为会造成光谱峰值下降、光谱偏移、边缘毛刺以及合束效率劣化.相比距离更远的两子单元之间的高阶串扰,距离更近的两子单元间的低阶串扰对合束特性的劣化程度更大.最后,为证明该模型的正确性和有效性,对所得分析结果进行了实验验证,实验观测到在串扰影响下的光谱结构与理论分析一致.     

pH/温度双重敏感性微凝胶的合成与应用

智能微凝胶是一类具有独特物理、化学性质的聚合物网络和溶剂组成的体系, 在众多的领域具有潜在的应用.本文介绍了近年来pH和温度双重敏感性微凝胶的研究概况、制备方法及其在药物控制释放、分离纯化和光子晶体方面的应用.     

黄芩苷对温敏凝胶的模板作用及其形态和性能

以黄酮类化合物黄芩苷作为功能单体,在二甲基甲酰胺溶液中制备得到不同黄芩苷含量的聚异丙基丙烯酰胺水凝胶。通过红外、紫外、扫描电镜和热分析等方法研究了所得凝胶的结构、形态、温敏性和力学性能。结果表明：黄芩苷的加入导致聚合凝胶由无色变为黄色,所得凝胶孔壁出现褶皱,孔洞尺寸随黄芩苷含量的增加而增加。黄芩苷在凝胶基体中主要起到模板作用,它的引入并未改变纯凝胶的体积相转变温度（VPTT）,VPTT仍保持在32～34°C,但温度敏感性能得到了明显改善,同时改善了纯凝胶的溶胀度和温度脉冲响应性,提高了储能模量。     

PNIPAm温敏纳米纤维膜：交联作用下的形貌稳定性和响应行为

聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)交联温敏纳米纤维膜作为一种相变温度易于控制的新兴响应性材料,克服了传统PNIPAm块状水凝胶的生产成本高、响应速率慢和PNIPAm非交联温敏纳米纤维耐水性差的缺点,受到广泛研究并应用于智能开关、温度致动器、水油分离、药物、细胞控制释放和伤口敷料等领域。形貌稳定性和快速响应性是温敏纳米纤维膜在重复体积变化过程中最大的挑战,同时也作为评价PNIPAm温敏纳米纤维膜的实用性最重要指标引起了人们广泛的关注。本文全面综述了PNIPAm温敏纳米纤维膜近二十年来国内外的突破性进展和非交联作用下PNIPAm温敏纳米纤维膜的形貌变化和响应性,重点综合分析了物理和化学交联中交联反应类型、交联度、交联时间和交联分子量对PNIPAm温敏纳米纤维膜的形貌稳定性和响应行为的影响,为之后纤维膜的交联处理提供了理论支持,并对PNIPAm温敏纳米纤维膜的发展及应用前景进行了展望。     

丝胶基半互穿温敏凝胶的合成及其溶胀行为的研究

采用半互穿网络技术, 将具有生物相容性的丝胶蛋白(silk sericin)作为第二网络进入聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶网络中, 在水溶液中制备得到具有半互穿网络结构的丝胶基温敏水凝胶(SS/PNIPAM semi-IPNs). 采用称重法研究了产物的(消)溶胀、温度敏感性、最大溶胀度及脉冲响应行为; 利用扫描电镜(SEM), 差示扫描量热仪(DSC)和动态热机械分析仪(DMA)分别考察了产物的内部形态、热相转变行为和其储能模量随温度的变化. 结果表明: 具有较高亲水性的丝胶蛋白的引入增大了semi-IPNs水凝胶的内部孔径, 导致SS/PNIPAM半互穿水凝胶的溶胀度增加, 并且其储能模量随温度变化更明显. 相比于纯PNIPAM水凝胶, 半互穿水凝胶的消溶胀速率和低临界溶解温度(LCST)变化不大.     

纳米复合模板水凝胶的制备及其性能

以非离子表面活性剂聚氧乙烯(20)鲸蜡醇醚(Brij58)为模板, 采用自由基聚合制备得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/Brij58/粘土纳米复合模板水凝胶(PLH). 相比于传统纳米复合水凝胶, PLH水凝胶力学性能与亲水性明显改善. 场发射扫描电镜(FESEM)结果表明: Brij58的引入导致传统纳米复合水凝胶的孔洞数量增加, 孔与孔相互贯穿, 大孔结构更加规整, 大孔之间由众多小孔连接. 拉伸应力-应变、储能模量和溶胀动力学研究结果表明, 断裂应力、断裂负载和断裂伸长率随Brij58含量的增加呈先增加后降低的趋势, 然而水凝胶储能模量与最大溶胀度随Brij58含量的增加而增加. 同时, 表面接触角结果表明: 由于Brij58的模板作用和Brij58同粘土之间的吸附作用, 使PLH水凝胶表面接触角先增大后减小.     

静电纺丝制备自修复功能纤维及其自愈合性能表征

应用静电纺丝技术,以聚苯乙烯和愈合剂的共混溶液为纺丝液,制备了含有愈合剂的功能纤维,并以其制备了具有自修复性能的纤维/树脂复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、荧光显微镜等对纤维的形貌和结构进行了表征,探讨了纺丝溶液的组成对纤维形貌和结构的影响.纤维中愈合剂的含量随纺丝液中愈合剂浓度的增加而增大,但可纺性随之变差.通过SEM观察了所制备的复合材料表面预制裂纹的修复,在一定温度下裂纹处纤维中的愈合剂(分别为环氧和其固化剂)释放并进一步反应,经过愈合复合材料的拉伸强度提高了2.81 MPa,力学性能明显改善.     

SiO2/聚甲基丙烯酸叔丁酯核壳复合微粒的制备与表征

以甲基丙烯酸-3-(三甲氧基硅基)丙酯(MPS)修饰的SiO2胶体粒子为种子,甲基丙烯酸叔丁酯(tBMA)为单体、十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂,采用种子乳液聚合法制备了SiO2/聚甲基丙烯酸叔丁酯的核壳复合微粒。微粒经水解后形成具有pH敏感性的无机/有机复合微粒。研究了影响核壳复合微粒形态结构的因素,结果发现,控制SiO2种子乳液的质量分数在1.5%～2%,可避免聚合过程中生成纯聚甲基丙烯酸叔丁酯乳胶粒子;反应体系中乳化剂SDS的用量超过质量分数0.3%时,易形成纯聚合物乳胶粒子;SDS用量低于质量分数0.15%时,生成的核壳复合微粒易产生团聚;单体和交联剂用量升高,核壳复合微粒的壳层厚度增加,用量过高会导致核壳复合微粒出现团聚现象,并且有纯聚合物乳胶粒子生成。采用TEM、NMR和FTIR及接触角测试技术分析结果表明,复合微粒是由SiO和聚甲基丙烯酸叔丁酯组成的核壳结构微粒。     

亲水链段长度对液晶模板水凝胶形态和温敏性的影响

采用疏水烷基(C16H33)相同而亲水的聚氧乙烯链(CH2CH2O)n=2,10,20长度不同的表面活性剂苄泽(Brij 52/56/58)作为模板制备得到3种孔洞尺寸为5～80μm的聚异丙基丙烯酰胺水凝胶(HNB).研究表明,n值越小,疏水性越大.15 wt%浓度下,不同n值的Brij水溶液均呈现明显的液晶织构.在t=4和7 min时HNB58和HNB56凝胶预聚液的透光率迅速下降至3.3～3.5,而HNB52凝胶预聚液的透光度一直保持在3.5.以n=20的Brij 58作为模板制备的HNB58凝胶孔洞数量多,尺寸为5～10μm.以n=2的Brij52为模板制备的HNB52凝胶孔洞形态呈层状,溶胀度最小,为6.9 g/g.而以n=10的Brij56为模板制备的HNB56凝胶孔洞呈蜂窝状,尺寸最大,为40～80μm,溶胀度最高,为7.9 g/g,37℃下20 min时HNB56失水超过80%.由于模板的作用,n值的变化并没有改变HNB凝胶的体积相转变温度(VPTT≈33℃),但吸热峰面积变宽.