本文關(guān)鍵詞：基于氧化鋁模板的超順磁柔性纖毛系統(tǒng)的制備與性能研究

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【摘要】：靜態(tài)的仿生物纖毛系統(tǒng)在超順水表面、超粘附性表面以及傳感器等方面有很好的應用前景。如果這些靜態(tài)的纖毛與磁性材料結(jié)合,就可以通過磁場控制這些纖毛的運動。本文通過自下而上的組裝工藝,將改性后帶負電的超順磁性γ-Fe_2O_3納米顆粒和帶正電的陽離子聚電解質(zhì)聚合物在氧化鋁模板的孔洞中組裝成具有超順磁性的γ-Fe_2O_3納米線陣列。這種規(guī)則的超順磁性陣列可以在磁場中被迅速磁化,去掉磁場后又能迅速退磁;如果在這種陣列表面包裹一層特定功能性官能團,這種非接觸式且磁場可控的特性有望極大提高生物傳感器的靈敏度。本文采用傳統(tǒng)的二次氧化法和改進的硬質(zhì)氧化法制備出不同孔徑的多孔氧化鋁模板。采用傳統(tǒng)的二次氧化法,在氧化電壓為50 V條件下制備出孔徑為90 nm,孔間距為125 nm的氧化鋁模板。在采用改進的硬質(zhì)氧化法制備模板的過程中,可以通過改變升壓速率和目標電壓來調(diào)節(jié)氧化鋁模板的孔徑。當升壓速率為10 V/min時,制備的氧化鋁模板的孔徑為90~110 nm;當升壓速率為2.5 V/min時,氧化鋁模板的孔徑為160~190 nm。通過共沉淀法制備了γ-Fe_2O_3納米顆粒,利用XRD、VSM、TEM等測試手段對制備的顆粒樣品進行表征,結(jié)果表明,該樣品具有超順磁性,顆粒的粒徑均一,多分散性小。通過聚丙烯酸對其表面改性后,DLS測試結(jié)果表明,其包裹層的厚度約7 nm,且包裹后的顆粒在弱堿性的水基環(huán)境和高濃度鹽環(huán)境中都具有優(yōu)良的膠體穩(wěn)定性。采用浸泡的方法將顆粒和聚電解質(zhì)聚合物灌注到氧化鋁模板的孔洞中,在外加磁場作用下,通過透析實現(xiàn)組裝。在制備過程中,通過調(diào)節(jié)顆粒和陽離子聚電解質(zhì)聚合物的濃度、氧化鋁模板的孔徑、電荷比Z值等研究組裝情況。結(jié)果表明,當顆粒的濃度越大,氧化鋁模板的孔洞越大,電荷比值Z越小時,顆粒和陽離子聚電解質(zhì)聚合物越容易在氧化鋁模板的孔洞中實現(xiàn)組裝。在對組裝后的模板進行腐蝕的過程中發(fā)現(xiàn),0.05 wt%Na OH溶液會對纖毛結(jié)構(gòu)造成嚴重破壞;而采用0.3 M的H3PO4溶液腐蝕,其破壞性較小,可以得到完全解離的纖毛。通過VSM測得纖毛陣列的磁滯回線,其矯頑力和剩磁幾乎為零,是典型的超順磁性。
【關(guān)鍵詞】：仿生物纖毛 氧化鋁模板 硬質(zhì)氧化 γ-Fe_2O_3 超順磁納米顆粒 γ-Fe_2O_3 超順磁納米線
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O614.811
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 仿生物纖毛材料概述9-11
• 1.1.1 生物界的纖毛系統(tǒng)9-10
• 1.1.2 仿生物纖毛材料的應用10-11
• 1.2 磁性納米纖毛材料11-14
• 1.2.1 磁性纖毛的性質(zhì)11-12
• 1.2.2 磁性纖毛陣列制備及應用12-13
• 1.2.3 游離的磁性纖毛制備及應用13-14
• 1.3 氧化鋁模板14-19
• 1.3.1 氧化鋁模板的構(gòu)型15-16
• 1.3.2 氧化鋁模板的結(jié)構(gòu)模型16-18
• 1.3.3 氧化鋁模板的應用18-19
• 1.4 選題依據(jù)和研究內(nèi)容19-22
• 1.4.1 本課題的研究目的和意義19-20
• 1.4.2 本課題的主要研究內(nèi)容20-22
• 2 氧化鋁模板的制備與表征22-30
• 2.1 實驗原料及主要設備22-23
• 2.1.1 實驗原料22-23
• 2.1.2 實驗設備23
• 2.2 實驗方案及工藝流程23-25
• 2.3 實驗結(jié)果與討論25-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 3 氧化鐵納米顆粒的制備與表面功能化30-38
• 3.1 實驗原料及主要的設備30-31
• 3.1.1 實驗原料30
• 3.1.2 實驗設備30-31
• 3.2 實驗方案及工藝流程31-33
• 3.3 實驗結(jié)果與討論33-37
• 3.3.1 未包裹的 γ-Fe_2O_3納米顆粒的XRD、VSM以及形貌尺寸分析33-35
• 3.3.2 包裹后 γ-Fe_2O_3超順磁納米顆粒的TEM及DLS分析35-36
• 3.3.3 顆粒以及顆粒和有機物在鹽環(huán)境中的穩(wěn)定性分析36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 超順磁性纖毛系統(tǒng)的制備及其性能38-53
• 4.1 實驗原料及主要的設備38-39
• 4.1.1 實驗原料38
• 4.1.2 主要設備38-39
• 4.2 實驗方案及工藝流程39-41
• 4.3 減壓法的實驗結(jié)果分析41-42
• 4.4 浸泡法的實驗結(jié)果分析42-48
• 4.4.1 顆粒和PDADMAC的濃度對組裝超順磁性纖毛的影響42-43
• 4.4.2 氧化鋁模板的孔徑對組裝超順磁性纖毛的影響43-45
• 4.4.3 顆粒表面聚丙烯酸的分子量對組裝超順磁性纖毛的影響45-46
• 4.4.4 電荷比值（Z）對組裝磁性纖毛系統(tǒng)的影響46-48
• 4.5 對灌注后的模板進行腐蝕處理48-50
• 4.5.1 用NaOH溶液對灌注后的模板進行腐蝕處理的結(jié)果分析48
• 4.5.2 用H_3PO_4溶液對灌注后的模板進行腐蝕處理的結(jié)果分析48-50
• 4.6 灌注后的氧化鋁模板的性能分析50-52
• 4.6.1 灌注后的氧化鋁模板的XRD結(jié)果分析50-51
• 4.6.2 灌注后的氧化鋁模板的VSM結(jié)果分析51
• 4.6.3 納米線陣列的接觸角表征51-52
• 4.7 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-55
• 致謝55-56
• 參考文獻56-62
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及研究成果62

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本文編號：954139