单分散胶体颗粒的应用研究进展

综述了近年来重质油国家重点实验室在单分散SiO2胶体微球和单分散聚苯乙烯胶体微球方面的应用研究成果和进展.这些研究成果包括单分散胶体微球的组装、复合微球的制备和组装、二元胶体颗粒的组装、三维有序大孔材料的合成、重油大孔催化剂、有机/无机复合质子膜和纳米亚微米粒度标准物质等.     

有序大孔二氧化硅微球的制备研究

采用乳液聚合法合成了单分散改性聚苯乙烯（PS）乳胶粒,利用PS乳胶粒自组装制得胶体晶体（“蛋白石”）微球,通过溶胶-凝胶模板法制备了有序大孔SiO2（“反蛋白石”）微球,通过SEM对改性PS乳胶粒、胶体晶体微球和有序大孔SiO2微球表面形貌进行了表征。结果表明,改性PS乳胶粒呈单分散性,粒径为317 nm;胶体晶体微球表面PS乳胶粒排列有序;有序大孔SiO2微球表面呈有序多孔,其孔呈六边形,孔径分布均一,约为200 nm。     

单分散SiO2/Ag/SiO2核壳结构微球制备及自组装光子晶体

应用湿化学方法,在SiO2微球表面先后包覆5 nm银层、20 nm SiO2介质膜,制备了直径约300 nm的单分散SiO2/Ag/SiO2核壳结构微球.用提拉技术实现微球的自组装,获得了长程有序的面心立方结构排列的光子晶体,并研究了其光学性能.结果表明:在可见至近红外波段存在非完全光子带隙;SiO2/Ag/SiO2球体自组装成的光子晶体并非完全密堆排列.     

自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的高效制备研究

建立了高效制备三维有序聚苯乙烯胶体晶体的方法——一步乳液聚合自组装法.用此方法制备出粒径为180～320 nm的三维有序聚苯乙烯胶体晶体,并且聚苯乙烯微球在聚合完全时已完成自组装,省去以往报道中的后续自组装工艺.阐述了乳化剂用量对聚苯乙烯胶粒在乳液中自组装的影响,同时考察了乳化剂和引发剂用量分别对聚苯乙烯胶粒粒径的影响.结果表明:聚苯乙烯胶体晶体的三维有序性受乳化剂用量的影响较大;聚苯乙烯胶粒粒径在一定范围内随乳化剂用量的增加而减小;而聚苯乙烯胶粒粒径随着引发剂用量的增加而变大,但变化幅度不大.     

光子晶体编码微球载体的层层自组装稳定

单分散羧基功能化的交联聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米粒子以液滴为模板自组装成三维胶体光子晶体微球,并层层自组装(LBL)包覆上支化的聚乙烯亚胺(PEI)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)高分子聚电解质对,加以戊二醛(GA)交联。制得的三维胶体光子晶体微球结构有序稳定,可用作性能稳定的编码载体。     

无皂乳液聚合制备三维有序聚合物大孔材料

采用氨催化水解正硅酸乙酯制备了单分散二氧化硅微球,通过透射电子显微镜观察微球的粒径及其单分散性。利用垂直沉积法制备二氧化硅胶体晶体,通过扫描电子显微镜观察其形貌,利用紫外-可见光分光光度计对其带隙结构进行表征。结合模板技术,采用无皂乳液聚合制得三维有序聚苯乙烯大孔材料,通过扫描电子显微镜观察结构的有序度。结果表明:聚苯乙烯大孔材料结构高度有序,形成开放的三维通道网络,为聚合物大孔材料在诸多领域的潜在应用提供了可能。     

溶胶-凝胶模板法制备三维有序大孔TiO_2微球

采用无皂乳液聚合方法自制的单分散聚苯乙烯(PS)微球乳液为原料,并以PS微球自组装制备了有序胶体晶体模板("蛋白石"),采用溶胶-凝胶模板法制备了三维有序大孔TiO2微球("反蛋白石"),其孔呈六边形,孔径分布均一,约为200 nm,运用SEM,XRD对其形貌特征及晶型进行表征。结果表明,采用表面含有羧基的单分散聚苯乙烯微球及高的硅油粘度制得的模板有序度高;控制煅烧温度可以改变有序大孔TiO2微球的晶型,当煅烧温度为500℃时,其晶型为锐钛型,当煅烧温度为700℃时,其晶型则为金红石型。     

以聚苯乙烯为模板制备有序大孔氧化铝

采用少皂乳液聚合法成功制备了单分散的聚苯乙烯微球,以微球自组装后的聚苯乙烯胶体晶体为大孔模板,铝溶胶为前驱体填充模板,干燥焙烧除去模板后制备了氧化铝载体。用激光粒度仪、扫描电镜、X射线衍射和氮气吸脱附对聚苯乙烯胶体晶体和氧化铝载体进行了表征。结果表明:少皂乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球具有粒径较小(100~350 nm)、单分散性好(0.005)、收率高(约80%)等优点;自组装的胶体晶体呈规则有序排列,微球表面光滑洁净,并以此为模板成功制备了具有三维有序结构的、大孔孔径可调的氧化铝材料。     

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．     

等离子体增强化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散二氧化硅(SiO2)微球组装形成三维有序胶体晶体模板,以锗烷(GeH4)为先驱体气用等离子增强化学气相沉积法在350℃填充高折射率材料锗.获得了锗反蛋白石光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构进行了表征.结果表明:锗在SiO2微球空隙内填充均匀,得到的锗为多晶态.锗反蛋白石光子晶体为三维有序多孔结构.等离子体增强化学气相沉积的潜在优势在于可实现材料的低温填充,从而以高分子材料为模板进行复型,得到多种结构的三维光子晶体.