Janus顆粒是兩側(cè)具有不同性質(zhì)的非均質(zhì)顆粒的統(tǒng)稱。由于其自身的非對(duì)稱特性,功能化Janus顆�？梢岳铆h(huán)境中的“燃料”進(jìn)行非對(duì)稱的物理或化學(xué)反應(yīng),從而在顆粒兩側(cè)形成濃度、光強(qiáng)或電場(chǎng)等物理量的梯度場(chǎng),利用該梯度形成的非對(duì)稱動(dòng)量分布進(jìn)行自主運(yùn)動(dòng)。由于Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)特性與反應(yīng)條件(如反應(yīng)物濃度)具有高度靈敏的依賴關(guān)系,以及其自驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的外加動(dòng)力使其在水環(huán)境監(jiān)測(cè)和修復(fù)、生命醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此,如何準(zhǔn)確、高效地表征單一及群體Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)行為,如有效擴(kuò)散系數(shù)、自驅(qū)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡等,成為其應(yīng)用的基礎(chǔ)。Janus顆粒間的自驅(qū)動(dòng)并不是孤立,而是相互作用的,從宏觀上看,群體性Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)不同于單個(gè)Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng),大多數(shù)學(xué)者僅對(duì)單個(gè)Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)進(jìn)行研究。本文利用動(dòng)態(tài)光散射法(Dynamic Light Scattering,DLS)對(duì)群體Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,研究對(duì)象為1μm Pt-SiO_2型Janus顆粒(通過(guò)旋涂技術(shù)結(jié)合電子束蒸發(fā)制得)。由于微納顆粒易發(fā)生團(tuán)聚,本文首先進(jìn)行了基于DLS的Janus顆粒解團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中探究了不同方法對(duì)Janus顆粒解團(tuán)聚的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲可以對(duì)Janus顆粒進(jìn)行解團(tuán)聚,使團(tuán)聚的顆粒分散,超聲3分鐘的解團(tuán)聚效果優(yōu)于超聲5分鐘的解團(tuán)聚效果;分別加入反絮凝劑NaOH及陽(yáng)離子型表面活性劑(溴化十六烷三甲基銨(CTAB))并超聲3分鐘同樣可以對(duì)Janus顆粒進(jìn)行解團(tuán)聚,經(jīng)CTAB處理后,Janus顆粒達(dá)到單分散狀態(tài),但是CTAB分子會(huì)吸附在Janus顆粒的固-液界面上,在Janus顆粒表面形成一層CTAB分子膜,將可能影響Pt的催化效果,從而使Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)速度減小。最后本文利用DLS研究了群體Janus顆粒在純水及不同濃度H_2O_2溶液中的自驅(qū)動(dòng)行為,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本課題組前期利用單粒子追蹤法(Single Particle Tracking,SPT)研究單個(gè)Janus的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:群體Janus顆粒的自驅(qū)動(dòng)表現(xiàn)為增強(qiáng)型布朗運(yùn)動(dòng)行為。隨著H_2O_2溶液濃度的增加,DLS測(cè)得的群體Janus顆粒的有效擴(kuò)散系數(shù)增大且都大于其在純水中布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù),但小于利用SPT法測(cè)得的單個(gè)Janus顆粒的有效擴(kuò)散系數(shù)。此外,隨著H_2O_2溶液濃度的增加,DLS測(cè)得群體Janus顆粒的馳豫時(shí)間減小。本文還利用DLS直接測(cè)得的自相關(guān)函數(shù)經(jīng)反演算得到了群體Janus顆粒在極短時(shí)間間隔內(nèi)的均方位移。研究結(jié)果表明:在相同觀測(cè)時(shí)間間隔下,隨著H_2O_2溶液濃度的增大,Janus顆粒的均方位移增加;在相同濃度的H_2O_2溶液中,隨著觀測(cè)時(shí)間間隔的增加,Janus顆粒的均方位移增加。最后,本文對(duì)比分析了DLS與SPT研究Janus顆粒運(yùn)動(dòng)行為的區(qū)別,并指出觀測(cè)時(shí)間間隔是影響DLS和SPT兩種方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要因素。由于SPT法的觀測(cè)時(shí)間間隔可以調(diào)整,可得到Janus顆粒各階段的運(yùn)動(dòng)特征。DLS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到其最長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間的限制(自相關(guān)系數(shù)從1減小到0的時(shí)間),當(dāng)最長(zhǎng)有效觀測(cè)時(shí)間小于特征時(shí)間τ_R時(shí),可得到群體Janus顆粒處于“定向推動(dòng)擴(kuò)散”階段的運(yùn)動(dòng)特征,當(dāng)最長(zhǎng)有效觀測(cè)時(shí)間大于特征時(shí)間τ_R時(shí),可得到群體Janus顆粒處于“類布朗運(yùn)動(dòng)”階段的運(yùn)動(dòng)特征,此外,受限于最長(zhǎng)有效觀測(cè)時(shí)間,DLS只能得到Janus顆粒在上述兩階段中某一階段的運(yùn)動(dòng)特征。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O347.7
【部分圖文】：

不同形狀Janus顆粒示意圖

.4 Pt-SiO2型 Janus 顆粒在 H2O2溶液中的自驅(qū)動(dòng)示意理與周?chē)h(huán)境發(fā)生催化反應(yīng)，引起左右兩側(cè) H自建電場(chǎng)，Janus 顆粒顯正電性或者負(fù)電性時(shí) 顆粒做定向驅(qū)動(dòng)，即自電泳動(dòng)。Janus 顆粒的的響應(yīng)，而是在其自建電場(chǎng)的作用下進(jìn)行的 等[23]于 2004 年首次在實(shí)驗(yàn)中觀察到，圖 1

更為復(fù)雜的機(jī)理。Zhao 等[8]采用直徑20μm~50μm的Janus微球觀察”交替的準(zhǔn)振蕩式運(yùn)動(dòng)，并觀測(cè)到 Janus 微球的s，通過(guò)建立數(shù)值模型，對(duì)氣泡驅(qū)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行解釋力推動(dòng)微球向前運(yùn)動(dòng)，氣泡破裂過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)振蕩運(yùn)動(dòng)。的應(yīng)用us 顆粒的自驅(qū)動(dòng)特性與反應(yīng)條件具有高度靈敏的加動(dòng)力，使得 Janus 顆粒在生命醫(yī)藥[24-26]、自組裝[域具有廣闊的應(yīng)用前景。環(huán)境領(lǐng)域的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有實(shí)際應(yīng)用，如DOT-Au 管式微馬達(dá)代替活體生物進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)達(dá)，利用Au-Pt納米馬達(dá)在不同金屬溶液中的自的濃度及分布，圖 1.6為其在不同金屬離子溶液中

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韓笑;田媛;朱澤瑋;陳佳琪;隋國(guó)榮;;二氧化硅微球顆粒的解團(tuán)聚研究[J];光學(xué)儀器;2014年04期

2 武美玲;鄭旭;崔海航;李戰(zhàn)華;;Janus顆粒有效擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2014年03期

3 劉偉;王雅靜;申晉;;動(dòng)態(tài)光散射最優(yōu)擬合累積分析法[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年12期

4 楊軼;葉偉;陳曉;;非對(duì)稱性Janus粒子的制備與可控組裝[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2012年11期

5 周君;喬秀穎;孫康;;Pickering乳液的制備和應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2012年02期

6 楊暉;鄭剛;王雅靜;;用動(dòng)態(tài)光散射現(xiàn)代譜估計(jì)法測(cè)量納米顆粒[J];光學(xué)精密工程;2010年09期

7 陳云華;王朝陽(yáng);李煜;童真;;Janus粒子制備研究[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年04期

8 王緒偉;李戰(zhàn)華;;SPT方法在納米粒子布朗運(yùn)動(dòng)觀測(cè)中的應(yīng)用[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2008年01期

9 馮拉俊,劉毅輝,雷阿利;納米顆粒團(tuán)聚的控制[J];微納電子技術(shù);2003年Z1期

10 鄭剛,申晉,孫國(guó)強(qiáng),莊松林;對(duì)動(dòng)態(tài)光散射顆粒測(cè)量技術(shù)中幾個(gè)問(wèn)題的討論[J];上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);2002年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 黃建云;運(yùn)動(dòng)渾濁介質(zhì)中散射光場(chǎng)特征的電場(chǎng)蒙特卡羅模擬[D];華中科技大學(xué);2015年

2 宋汝彤;Janus顆粒的合成及其流體性能研究[D];西南石油大學(xué);2014年

3 武美玲;Janus顆粒自驅(qū)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)與受限模擬研究[D];西安建筑科技大學(xué);2014年

4 宮春亮;Janus顆粒自驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)及運(yùn)動(dòng)特性分析[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

5 王遠(yuǎn);基于動(dòng)態(tài)光散射的超細(xì)顆粒測(cè)試技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2828949