胶体晶体自组装排列进展

自组装排列胶体晶体是发展光子晶体等亚微米周期有序结构及新型光电子器件十分重要的环节.高电荷密度单分散胶体球在较弱的离子强度和稀浓度下会自发排列形成紧密堆积的周期性结构(ccp),常常是面心立方(fcc),科学家们以此为基础发展了多种结晶化胶体粒子的方法,包括重力场沉积、电泳沉积、胶体外延技术、垂直沉积、流通池、物理束缚排列及其他的许多方法.目前排列的胶体粒子基本为球形,材料也多为SiO2、PS、PMMA,此外一些复合粒子,主要为核壳粒子的排列这里也稍作介绍,这些方法及其变通的使用可以形成类蛋白石及反蛋白石结构,最终实现光子带隙及其它多种用途。     

自组装膜调控下生物矿物晶体的生长

综述了近年来自组装膜(SAMs)调控下生物矿物晶体生长的最新进展.重点讨论了SAMs调控下碳酸钙、磷酸钙、草酸钙等生物矿物晶体的成核、生长及晶体形态特征,从静电作用、晶格匹配及氢键作用等方面探讨了SAMs调控下晶体生长的本质原因,并讨论了SAMs的结构和分类.     

自组装方法与三维光子晶体制作

光子晶体,特别是三维光子晶体,可能成为信息处理和通信等领域的新型功能材料.光子晶体的制作方法可分为"自上而下"的物理方法和"自下而上"的化学自组装方法.化学自组装方法是制作三维光子晶体最为经济有效的方法.本文在阐述自组装方法的种类、一般过程、优点和不足等内容的基础上,分别分析和总结了带有各种功能缺陷的三维光子晶体的制作,这些缺陷主要包括线缺陷、面缺陷和点缺陷.从研究中可以看出,化学自组装方法通常需要结合其他方法才能实现缺陷的嵌入.近些年,三维光子晶体制作在材料选取、结构设计和方法改进等方面都有一些最新进展,本文对此进行了较为详尽的评述,并对我们课题组的研究进行了总结.最后对光子晶体的研究和制作方向进行了展望.     

三维自组装蓝相液晶光子晶体

蓝相液晶由于其独特的三维自组装结构、可见光波段的选择性光反射性能和软物质特性,被认为是最具发展潜力的可调三维光子晶体材料之一,在下一代超快响应显示、反射型显示、可调激光器和光通信等领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来蓝相液晶自组装结构的研究进展,包括蓝相的多级自组装三维微纳结构及子相相变行为的最新研究,通过基板表面取向处理或纳米图案化诱导、电场诱导、热处理诱导等方法控制蓝相自组装行为和三维周期性晶体结构的研究现状,以及蓝相光子晶体材料在可调谐激光器、可调光栅等光学器件领域的应用研究,最后对该领域的目前存在的挑战和未来发展方向进行了展望。     

垂直排列法组装胶体晶体的最新进展

光子晶体是一种具有光子带隙的新型功能材料.利用胶体粒子自组装三维光子晶体由于其制备过程比较经济、简单,从而为很多人所关注.目前报道的方法已有多种.其中垂直排列法的简便易行使得其受到了广泛的研究,但另一方面这种方法本身的缺点也限制了它的使用范围.针对这种情况,很多研究机构提出了他们的改进方法.本文简要概述了在这一方面的最新进展,并且在本实验室已能够制备任意单分散、均一尺寸二氧化硅粒子的基础上,采用恒温快速蒸发自组装法得到了高质量的胶体晶体排列.     

羧基含量对乳胶粒自组装形成光子晶体质量的影响

以过硫酸铵((NH_4)_2S_2O_8)为引发剂,苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及含功能性基团羧基的丙烯酸(AA)为共聚单体制备聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸(PS-PMMAPAA)乳胶粒,通过垂直自组装方法得到高质量的PS-PMMA-PAA光子晶体(PC)。乳胶粒的形貌及性能通过场发射扫描电镜(SEM)、动态激光光散射仪(DLS)、电导率仪等表征。利用光纤光谱仪和接触角分析仪表征了光子晶体的光学性能和保水能力。结果证明:乳胶粒表面的羧基不仅能增强粒子间的相互作用,而且具有很好的保水能力;在相对简单的组装条件下实现了自组装中裂纹的消除,获得了高质量的光子晶体。     

一种简单组装纳米沸石粒子层的方法及其二次法成膜研究

使用一种简单、新颖的纳米沸石晶体自组装方法, 以γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AP-TMS)为偶联剂, 成功地实现了纳米A型沸石粒子在多孔不锈钢、陶瓷以及单晶硅表面的沉积组装, 获得了覆盖度高的续、均匀的沸石粒子层. 组装过程在合成釜内分为载体功能化和晶种化两步. 以该沸石粒子层为晶种二次法成膜, 形成了交织生长的连续、均匀的沸石膜, 并用含少量水的苯甲醛混合液评价了微型膜的渗透蒸发性能, 水-苯甲醛分离系数超过10 000以上. 考察了使用γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AP-TMS)、γ-氯丙基三甲氧基硅烷(CP-TMS)和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(SP-TMS)三种不同偶联剂时, 纳米A型沸石晶体在多孔不锈钢、陶瓷以及单晶硅表面的自组装效果. 研究发现, 使用CP-TMS作为偶联剂时, 只在不锈钢载体上形成较为连续的粒子层, 而使用SP-TMS作为偶联剂时, 在三种载体上纳米A型沸石粒子均不能沉积形成粒子层. 对偶联剂的作用和粒子组装机制进行了讨论和预测.     

层叠层技术组装纳米沸石——沸石涂饰纤维和沸石空 心纤维

以纳米沸石为基元构件,通过层(layer-by-layer)组装技术在碳纤维模板上成功制备了纳米沸石涂饰纤维(zeolitecoatedfibers),焙烧除去碳纤维模板后,制微了完整的沸石空心纤维(hollowzeolitefibers),并系统研究了它们的制备条件和材料结构。发现纳米沸石胶体溶液的pH值是制备沸石涂饰纤维和空心沸石纤维的关键因素,其它条件,诸如吸附液的离子强度,每层吸附后的干燥以及每次干燥前是否用PDDA溶液预浸泡,对纤维的完美性也有影响。通过改变吸附纳米沸石的类型和层数可能调变沸石层的组成和厚度,而交替吸附不同的纳米沸石可能制备复合沸石涂饰纤维及复合空心沸石纤维。     

蒸发自组装法制备聚苯乙烯胶体晶体

采用乳液聚合法制得亚微米级聚苯乙烯单分散微球,并用蒸发自组装法在乳液气-液界面进行自上而下的层层组装,制得了厚度在450μm以上的三维有序胶体晶体。结果表明,影响胶体晶体有序性的关键因素是对蒸发速度的控制,促使胶体晶体规则排列的最主要作用力为溶液的毛细管力。在胶体晶体组装末期,随着溶剂量的减少,空间阻力逐渐增大,微球对流能力下降,造成胶体晶体的有序性降低。     

组装法制备的敌百虫压电晶体传感器

敌百虫被广泛用作杀虫剂和驱蚊剂,过量使用不仅污染环境而且对人体健康不利,所以,控制其用量及检测其残留量是敌百虫使用过程中不可忽略的两个环节。到目前为止,检测敌百虫的手段主要有色谱法[1-3]、毛细管电泳法[4]、红外光谱法[5]等。这些方法相对费时费力和需要昂贵的设备。     

二维DNA晶体的程序化设计与自组装的研究进展

按照Watson-Crick的碱基配对原则，在理论上能够人工设计与合成DNA碱基序列并自组装成任何一维和二维结构的DNA晶体。DNA分子这种底端向上(bottom-up)的自组装模式为我们提供了一种精确合成纳米材料的方法。本文将从程序化设计、合成刚性的DNA分子瓦(DNA tile)、分子瓦自组装成二维DNA晶体以及二维DNA晶体作为模板在纳米技术中的应用等方面展开，简述这一新奇的并且有着潜在应用前景的研究领域的最新进展。     

Preparation and Charactrization of Fibrous Crystals of Boron-containing MTW-type Zeolite

Fibrous crystals of boron-containing MTW-type zeolite have been hydrothermally synthesized in B2O3-SiO2-HF-H2O gel system at 170℃ in 20 to 28d by using 1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane (DABCO) and methylamine as the co-template, and characterized with XRD, SEM, TEM, HRTEM and SAED. The results of characterizations show that B atoms are incorporated into the zeolite framework as tetrahedron of B(OSi)4. The fibrous single crystals of 5-50μm in length and 100-500nm in width inter-grow along the c-axis of the zeolite, and the one dimension 12 oxygen ring channels are perpendicular to the fibber axis.     

SiO2胶体晶体垂直沉积自组装方法的改进

采用垂直沉积技术及相应的改进方法,使用化学合成的400 nm单分散二氧化硅微球自组装制备了胶体晶体薄膜。通过扫描电镜与分光光度计对样品的微观结构与透过光谱进行了表征,并对比研究了不同的垂直沉积方法对胶体晶体的影响。结果表明,通过温度与流量控制两种改进手段,均能制备具有六方密堆结构周期排列的胶体晶体薄膜。在垂直沉积过程中适当的升高温度有利于降低胶体粒子的用量,而通过流量控制的垂直沉积技术则可以有效缩短自组装时间。通过调节蠕动泵改变液面与基板的相对运动速度,或者调控温度改变胶体溶液的蒸发速率,可在材料表面形成单层或多层的胶体晶体薄膜。改进的垂直沉积技术将有望应用于快速沉积大面积、高质量的胶体晶体材料。     

模板剂缓释法合成分子筛大单晶

在分子筛的合成中,通过使用四咪唑基取代的硼类化合物(四咪唑硼钠)作为模板剂,在溶剂热条件下,成功得到了磷酸铝盐分子筛AlPO₄-11的大单晶。电喷雾质谱、¹⁹F和¹¹B NMR等研究结果表明,在溶剂热条件下四咪唑硼钠起到了缓释剂的作用,其自身经历缓慢分解,持续释放低浓度咪唑分子的过程。由其释放出来的咪唑分子起到事实上的模板作用。因其浓度较低,限制了分子筛结晶过程中晶核形成的数量,从而易于导向分子筛大单晶的生成。通过引入不同种类的四取代硼类化合物作为模板剂,这种分子筛大单晶的合成策略可潜在应用于其它分子筛材料。     

模板剂缓释法合成分子筛大单晶

在分子筛的合成中,通过使用四咪唑基取代的硼类化合物（四咪唑硼钠）作为模板剂,在溶剂热条件下,成功得到了磷酸铝盐分子筛AlPO₄-11的大单晶。电喷雾质谱、¹⁹F和¹¹B NMR等研究结果表明,在溶剂热条件下四咪唑硼钠起到了缓释剂的作用,其自身经历缓慢分解,持续释放低浓度咪唑分子的过程。由其释放出来的咪唑分子起到事实上的模板作用。因其浓度较低,限制了分子筛结晶过程中晶核形成的数量,从而易于导向分子筛大单晶的生成。通过引入不同种类的四取代硼类化合物作为模板剂,这种分子筛大单晶的合成策略可潜在应用于其它分子筛材料。     

Offretite Zeolite Single Crystals Synthesized by Amphiphile-Templating Approach

Offretite zeolite synthesis in the presence of cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) is reported. The offretite crystals were synthesized with a high crystallinity and hexagonal prismatic shape after only 72 h of hydrothermal treatment at 180 °C. The CTABr has dual-functions during the crystallization of offretite, viz. as structure-directing agent and as mesoporogen. The resulting offretite crystals, with a Si/Al ratio of 4.1, possess more acid sites than the conventional offretite due to their high crystallinity and hierarchical structure. The synthesized offretite is also more reactive than its conventional counterpart in the acylation of 2-methylfuran for biofuel production under non-microwave instant heating condition, giving 83.5% conversion with 100% selectivity to the desired product 2-acetyl-5-methylfuran. Hence, this amphiphile synthesis approach offers another cost-effective and alternative route for crystallizing zeolite materials that require expensive organic templates.     

Fabrication of Zeolite A Rods with Irregular Macropores by Self-assembly of Zeolite A Microcrystals Using Microwave-assisted Hydrothermal Synthesis

Zeolite A rods by self-assembly of zeolite A microcrystal were successfully synthesized by microwave-assisted hydrotherrnal synthesis. The average size of zeolite crystals consisting of self-assembling materials was about 300 nm and the length of zeolite rods was in the range of 15--30μm.     

The Mosaic Structure of Zeolite Crystals

Zeolites are widely used in many commercial processes, mostly as catalysts or adsorbents. Understanding their intimate structure at the nanoscale is the key to control their properties and design the best materials for their ever increasing uses. Herein, we report a new and controllable fluoride treatment for the non‐discriminate extraction of zeolite framework cations. This sheds new light on the sub‐structure of commercially relevant zeolite crystals: they are segmented along defect zones exposing numerous nanometer‐sized crystalline domains, separated by low‐angle boundaries, in what were apparent single‐crystals. The concentration, morphology, and distribution of such domains analyzed by electron tomography indicate that this is a common phenomenon in zeolites, independent of their structure and chemical composition. This is a milestone to better understand their growth mechanism and rationally design superior catalysts and adsorbents.     

3D Raman Spectroscopy of Large Zeolite ZSM-5 Crystals

Hydrothermal treatment is a common method used to modify the physicochemical properties of zeolite-based catalyst materials. It alters the number and type of acid sites through dealumination and increases molecular diffusion by mesopore formation. Steaming also reduces the structural integrity of zeolite frameworks. In this study, Raman microscopy has been used to map large zeolite ZSM-5 crystals before and after steaming. 3D elemental maps of T−O (T: Al or Si) sites of the zeolite were obtained. The Raman active vibrational bands were determined, which are indicative of (non-) framework Al, as well as of structural integrity. Zeolite steaming caused the introduction of additional heterogeneities within the zeolite framework. Al migration and the formation of extra-framework Al species were observed. The described experiments demonstrate the capability of 3D Raman spectroscopy as a valuable tool to obtain information on the spatial distributions of framework elements as well as defects within a zeolite-based material.     

Self-assembly behavior of phenyl modified β-cyclodextrins

The self-assembly behavior of mono(6-phenolic-6-deoxy)-β-cyclodextrin (1) both in solution and the solid state is comparatively studied by X-ray crystallography and ¹H NMR spectroscopy. The results obtained show that the phenolic groups in the crystal 1 can successively penetrate into the adjacent β-cyclodextrin cavities from the secondary side to form head-to-tail linear polymeric supramolecule with a 2-fold screw axis. The self-assembly behavior also can be determined in D₂O solution, giving a self-association constant of 240 mol⁻¹·L. Using the present and previous structures reported for the relevant β-cyclodextrin derivatives, i.e., mono(6-anilino-6-deoxy)-β-cyclodextrin (2), mono(6-phenylselenyl-6-deoxy)-β-cyclodextrin (3), and mono(6-phenylthio-6-deoxy)-β-cyclodextrin (4), we further reveal the factors governing the formations of supramolecular assemblies.