【摘要】：晶態(tài)納米纖維素可由自然界中的纖維素提取出來,是一種可再生的生物納米材料,具有高機械強度、高結(jié)晶度、生物相容性等優(yōu)點。令人驚奇的是,通過蒸發(fā)引導自組裝,晶態(tài)納米纖維素可形成手性向列型液晶材料。這一發(fā)現(xiàn)引起科學家們極大的研究熱情。從2010年起,晶態(tài)納米纖維素的研究有了突飛猛進的發(fā)展,其中包括:(1)以晶態(tài)納米纖維素為模板拓撲各種無機有機手性向列型液晶材料;(2)主客體載裝,例如將金、銀等納米粒子載裝進晶態(tài)納米纖維素手性液晶膜或以晶態(tài)納米纖維素為模板拓撲形成的無機或者有機孔材料中,以探究電學、光學等物理化學性質(zhì);(3)纖維素基手性光子晶體膜的應用,例如對其感應性能的研究、非對稱催化以及手性分離等領域的研究。然而以晶態(tài)納米纖維素形成的手性向列型液晶為代表的一維光子晶體對上轉(zhuǎn)換納米粒子自發(fā)輻射的調(diào)控功能,至今為止,研究甚少。晶態(tài)納米纖維素能夠自組裝形成左旋手性向列型液晶自支撐膜,其特殊的結(jié)構能夠選擇性反射一定波長的左旋圓偏振光,透過右旋圓偏振光。其波長可通過物理或化學方法調(diào)控,波長范圍可從近紫外到近紅外區(qū)間內(nèi)變化。這種巧妙的分光能力可應用于傳感、顯示等光學器件中,亦可用于防偽等應用中。在此背景下,本文圍繞晶態(tài)納米纖維素作為一維光子晶體對上轉(zhuǎn)換熒光的調(diào)控能力以及以晶態(tài)納米纖維素為模板拓撲形成的手性介孔二氧化硅的圓偏振能力展開。首次揭示了手性介孔二氧化硅膜的本征圓偏振能力以及載入客體分子后將客體分子熒光轉(zhuǎn)化成右旋圓偏振熒光的能力。提出并證明了光子禁帶、激發(fā)光波長變化、客體分子發(fā)光強度、膜厚度、載入熒光物質(zhì)的含量等因素對圓偏振熒光的影響與調(diào)控。手性介孔二氧化硅自支撐膜的本征圓偏振能力在防偽、手性識別以及手性開關等領域都具有廣泛的應用前景。利用主客體載裝,設計并構筑了二氧化硅納米復合膜,為獲得手性可控、波段以及強度可調(diào)的圓偏振熒光材料提供了新思路。本論文共有五章,第一章是緒論,主要闡述晶態(tài)納米纖維素特異的物理化學性質(zhì)、研究現(xiàn)狀以及本文的立意。第二章圍繞纖維素手性向列型液晶作為一維光子晶體展開,在纖維素原溶液中加入水溶性的上轉(zhuǎn)換納米粒子NaYF_4:Yb,Er,通過蒸發(fā)誘導共組裝,得到摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光粒子的纖維素手性液晶自支撐復合膜材料,通過表征可確定NaYF_4:Yb,Er的加入不會影響纖維素手性液晶的排列,探究纖維素光子晶體的光子禁帶效應對上轉(zhuǎn)換納米粒子自發(fā)輻射的調(diào)控。研究可知,在光子禁帶內(nèi),晶態(tài)納米纖維素一維光子晶體對上轉(zhuǎn)換納米粒子的自發(fā)輻射具有抑制作用,在光子禁帶的帶邊,晶態(tài)納米纖維素一維光子晶體對上轉(zhuǎn)換納米粒子的自發(fā)輻射具有增強作用。第三章探究了以晶態(tài)納米纖維素為模板,得到的手性向列介孔二氧化硅-聚合物量子點復合膜的光學性質(zhì)。手性向列介孔二氧化硅能夠選擇性反射波長與其禁帶相匹配的左旋圓偏振光,透過右旋圓偏振光。負載聚合物量子點,得到二氧化硅-聚合物量子點復合膜材料。通過激發(fā)光激發(fā),由于禁帶效應,左旋圓偏振熒光被限制在手性向列介孔二氧化硅內(nèi),右旋圓偏振熒光被釋放出來,因此這種復合膜材料能夠?qū)⒖腕w熒光轉(zhuǎn)化成右旋圓偏振熒光,其不對稱因子g可達-0.396。初步研究了禁帶效應以及熒光物質(zhì)負載量對右旋圓偏振熒光的影響。設計在一片二氧化硅薄膜中同時負載兩種聚合物量子點,得到二色圓偏振熒光。此外,展示了復合膜對乙醇的圓偏振響應能力。第四章在之前工作的基礎上,以晶態(tài)納米纖維素為模板,四甲氧基硅烷為硅源,通過水解縮聚,拓撲晶態(tài)納米纖維素的結(jié)構,再將纖維素模板除去,得到手性向列相介孔二氧化硅無機納米材料,規(guī)避掉之前工作中客體熒光物質(zhì)分布不均的問題,選擇碳點、發(fā)光聚合物、染料等多種帶正電荷熒光物質(zhì)作為客體,載入介孔二氧化硅的主體中,得到的復合膜具有圓偏振熒光光學活性。系統(tǒng)地探究了禁帶效應、激發(fā)光波長、膜厚度、熒光物質(zhì)負載量等因素對不對稱因子g的影響,并證明了此方法獲得圓偏振熒光的普適性,可得到g值達-0.38的右旋圓偏振熒光材料。設計拓寬介孔二氧化硅的禁帶,將發(fā)光聚合物、染料、碳點等多種熒光物質(zhì)同時載入到二氧化硅的介孔中,得到多色右旋圓偏振熒光材料。展示了復合膜圓偏振熒光開關的性能。第五章是結(jié)論與展望。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O636.11;TB383.2
【圖文】：

第一章 緒論強度高，韌性好等特點。圖 1.3 為纖維素微纖維組成細胞膜的示意圖。通過硫酸水解纖維素，除去非晶態(tài)部分、留下晶態(tài)部分，就得到了晶態(tài)納米纖維素。晶態(tài)納米纖維素有著高楊氏模量、高聚合度、高強度、高結(jié)晶度等獨特的物理化學性質(zhì)。通過蒸發(fā)引導自組裝，晶態(tài)納米纖維素可形成手性向列型液晶結(jié)構，以使其熵最小。

而從真菌、細菌、藻類和動物的外殼等處提取出的晶態(tài)納米纖維素，則布較寬，直徑在 5-60 nm 之間，長度在 100 nm 到幾個微米之間，并且的剛性。來源不同，所提取出的晶態(tài)納米纖維素的形貌也會有所不同。例類提取出的晶態(tài)納米纖維素成矩形形貌，而從真菌、細菌以及海洋動物出的晶態(tài)納米纖維素則成紐帶形貌。.4 （a）晶態(tài)納米纖維素（CNCs）。（b）晶態(tài)納米纖維素須（MFC）。細菌纖維素（BNC）的透射電子顯微鏡（TEM）圖。

它下面的線條都會變成雙影，如圖1.7 所示。圖 1.7 將方解石放在書上，顯示出雙折射現(xiàn)象示意圖。硫酸水解的晶態(tài)納米纖維素，當濃度達到其臨界濃度時，纖維素懸浮液在正交偏光顯微鏡下會有明亮的顏色出現(xiàn)。這是由于兩個原因，其一，晶態(tài)納米纖維素棒狀結(jié)構形貌的各向異性導致的；其二，濃度達到一定值時晶態(tài)納米纖維素的排列由各向同性向各向異性的過渡導致的。如圖 1.8 所示，當纖維素懸浮液的水分逐漸蒸發(fā)時，蒸汽誘導自組裝其從各向同性向手性向列相進行轉(zhuǎn)變，這種有序的排列使晶態(tài)納米纖維素水溶液在正交偏光下顯現(xiàn)出顏色。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 胡克艷;李紅軍;徐軍;楊秋紅;蘇良碧;唐強;;不同粒徑α-Al_2O_3:C晶態(tài)粉體熱釋光和光釋光特性[J];物理學報;2012年15期

2 戚紹祺;孫友德;孫乃久;李務勝;謝啟田;;錦綸—6的晶態(tài)變化[J];廣州化學;1988年04期

3 秦國剛;晶態(tài)半導體中氫的行為[J];固體電子學研究與進展;1989年04期

4 戚紹祺,孫友德,孫乃久,李務信,謝啟田;錦綸-6在熱處理及拉伸中的晶態(tài)變化[J];合成纖維;1989年04期

5 郭常霖;評《科學家談物理》叢書的兩本新著:《晶態(tài)面面觀》和《放眼晶態(tài)之外》[J];物理;1996年05期

6 李梓豪;李少斌;張景瑜;宿正楠;郭世宏;齊詩英;陳永寬;譚效果;;鐵基配合物修飾多金屬氧酸鹽雜化晶態(tài)材料研究[J];齊齊哈爾大學學報(自然科學版);2017年03期

7 康慧靈;何力軍;許德美;鐘景明;王戰(zhàn)宏;孫本雙;劉霄霞;;粉末冶金多晶態(tài)鈹室溫斷裂行為的研究進展[J];材料導報;2013年15期

8 馬麗艷,田莉玉,戚長謀;隱晶態(tài)葡萄石的鑒定[J];吉林地質(zhì);2003年02期

9 趙春霞;田高;劉琦;陳文;;晶態(tài)介孔材料研究新進展[J];材料導報;2006年05期

10 敖鏡秋;王養(yǎng)民;;瓷釉中晶態(tài)石英與產(chǎn)品熱穩(wěn)定性[J];中國陶瓷;1983年04期

相關會議論文 前10條

1 張聞;;分子晶態(tài)化合物中的介電轉(zhuǎn)變[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第十六分會：晶體工程[C];2016年

2 靳常青;;高壓極端條件量子晶態(tài)材料[A];中國晶體學會第六屆學術年會暨會員代表大會（極端條件晶體材料分會）論文摘要集[C];2016年

3 吳曉宏;;功能導向晶態(tài)材料結(jié)構設計、可控生長及其機理研究[A];第八屆中國功能材料及其應用學術會議摘要[C];2013年

4 熊偉偉;;表面活性劑在晶態(tài)無機材料合成中的應用[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第十六分會：晶體工程[C];2016年

5 董喜燕;曹麗慧;臧雙全;麥松威;;刺激響應型晶態(tài)分子材料[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第五分會：分子與固體化學[C];2016年

6 鄧兆鵬;高山;;水溶性金屬有機晶態(tài)網(wǎng)絡發(fā)光化合物的設計合成與表征[A];中國晶體學會第五屆全國會員代表大會暨學術大會（晶體生長分會場）論文摘要集[C];2012年

7 張聞;;晶態(tài)化合物的有序-無序轉(zhuǎn)化和介電異樣[A];中國晶體學會第五屆全國會員代表大會暨學術大會（小分子分會場）論文摘要集[C];2012年

8 黃中林;陳昌國;;晶態(tài)氫氧化鉻及納米三氧化二鉻的簡單制備方法[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第05分會：無機化學[C];2014年

9 張文林;王虎;唐祥海;;硬模板法合成晶態(tài)介孔過渡金屬氧化物和硫化物[A];中國化學會第26屆學術年會納米化學分會場論文集[C];2008年

10 張磊;;晶態(tài)鈦氧簇化合物的結(jié)構與能帶調(diào)控[A];第七屆全國物理無機化學學術會議論文集[C];2016年

相關重要報紙文章 前5條

1 李鑫;新型抗菌包裝袋[N];中國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)報;2003年

2 本報通訊員 黑組軒;科研生涯中的堅守與責任[N];中國組織人事報;2014年

3 記者 吳永哲 胡博理;我國首創(chuàng)多晶態(tài)二氧化鍺空芯傳能光纖工藝技術[N];河北日報;2000年

4 吳永哲 胡博理 劉廉君;多晶態(tài)二氧化鍺空芯傳能光纖問世[N];科技日報;2000年

5 董世非;燕山大學研制成功多晶態(tài)二氧化鍺空芯傳能光纖[N];中國機電日報;2000年

相關博士學位論文 前10條

1 姜海晶;晶態(tài)納米纖維素基復合膜光學性質(zhì)的研究[D];吉林大學;2019年

2 鄭洪芝;晶態(tài)納米纖維素的圓偏振能力及應用研究[D];吉林大學;2018年

3 屈丹;晶態(tài)納米纖維素的手性光學性質(zhì)及應用研究[D];吉林大學;2018年

4 吳亞盤;系列金屬有機羧酸框架晶態(tài)材料的設計合成、結(jié)構分析及性能研究[D];西北大學;2012年

5 趙昊巖;溶液法制備有機晶態(tài)薄膜及其晶體管特性研究[D];清華大學;2015年

6 鄧兆鵬;新型金屬有機晶態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構的設計合成與熒光性能研究[D];黑龍江大學;2012年

7 于威;晶態(tài)氮化碳薄膜沉積及其生長機理研究[D];河北大學;2002年

8 張竹艷;柔性聯(lián)吡啶胺金屬有機晶態(tài)網(wǎng)絡的設計合成與熒光性能[D];黑龍江大學;2013年

9 黃靜;柔性聯(lián)吡啶二胺晶態(tài)網(wǎng)絡化合物的設計合成與熒光性能[D];黑龍江大學;2016年

10 王瑞紅;晶態(tài)碳上類鉑助催化劑的負載及與貴金屬的協(xié)同催化作用[D];黑龍江大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 任秀輝;基于D-A體系的晶態(tài)發(fā)光材料的制備與性質(zhì)研究[D];山東師范大學;2019年

2 孫玉媛;晶態(tài)納米纖維素的仿生強韌材料構筑和應用研究[D];吉林大學;2018年

3 瞿玲;碳氮化法制備晶態(tài)SiCN的研究[D];武漢科技大學;2018年

4 段香玲;多晶態(tài)8-羥基喹啉鋁的電光特異性[D];天津理工大學;2014年

5 李彩;基于二酸—含氮給體系統(tǒng)構筑的金屬有機晶態(tài)材料的結(jié)構、性能及其構效關系[D];三峽大學;2012年

6 白亮;共軛羧酸類配體調(diào)控的金屬有機晶態(tài)材料的合成及其性能研究[D];三峽大學;2014年

7 牟義強;芳香二羧酸類功能晶態(tài)材料的合成、結(jié)構與性能研究[D];三峽大學;2013年

8 柯�？�;金屬有機晶態(tài)材料的拓撲結(jié)構設計及其性能研究[D];三峽大學;2011年

9 劉巖;晶態(tài)無機—有機雜化材料的制備及性能研究[D];吉林農(nóng)業(yè)大學;2014年

10 徐國旺;吡啶羧酸基稀土金屬有機晶態(tài)材料的構筑及性能研究[D];三峽大學;2016年

本文編號：2749416