本文關(guān)鍵詞：聚合物多層微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其功能化　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：聚合物微納結(jié)構(gòu)及其功能化是化學(xué)、材料科學(xué)及納米技術(shù)等多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域。由合成化學(xué)家、微加工材料科學(xué)家、物理和生物學(xué)家共同從事的跨學(xué)科的方法對于構(gòu)造新的聚合物微納結(jié)構(gòu)起了很大的作用。聚合物微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑正朝著更加復(fù)雜和精確的化學(xué)組成和形貌控制的方向發(fā)展。目前聚合物圖案化表面的構(gòu)筑方法包括噴墨打印技術(shù),光刻技術(shù),納米壓印和嵌段共聚物刻蝕等。但是具有化學(xué)功能空間分布的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建仍然是一個挑戰(zhàn)。本論文中,我們將膠體晶體刻蝕技術(shù)與聚合物多層結(jié)構(gòu)結(jié)合構(gòu)建了三維的周期性的聚合物多層微納結(jié)構(gòu)并將其與納米粒子復(fù)合實現(xiàn)了微納結(jié)構(gòu)的功能化。在第二章中,我們通過膠體刻蝕和光刻的方法構(gòu)建了聚電解質(zhì)層層組裝膜的納米棒、納米深孔和微米條帶的結(jié)構(gòu)(對LBL膜的損壞),并對其自修復(fù)能力進(jìn)行了研究。通過上述方法可以有效的控制裂痕的大小,然后將帶有裂痕的結(jié)構(gòu)浸在水中,聚合物鏈段能夠運動到受損部位并通過靜電相互作用重新結(jié)合從而實現(xiàn)裂痕的自修復(fù)。我們從損壞/修復(fù)次數(shù)和損壞程度兩個方面對層層組裝膜的修復(fù)能力進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)層層組裝膜在同一樣品的不同位置和同一樣品的同一位置上均可以實現(xiàn)多次的損壞/自修復(fù)過程,其自修復(fù)能力與損壞次數(shù)及損壞程度有關(guān)。隨著損壞(圖案化)次數(shù)的增加以及損壞程度的加大,層層組裝膜損失的越多,其自修復(fù)能力也會減弱,且修復(fù)后膜層的厚度也會相應(yīng)的變薄。當(dāng)損壞次數(shù)和損壞程度達(dá)到一定程度時,層層組裝多層膜損失的太多,剩余的鏈段已經(jīng)不能完全填補損傷區(qū)域,此時膜層不能再被修復(fù)。在第三章中,我們利用膠體刻蝕、選擇性離子交換和原位還原的方法容易的構(gòu)建了銀納米粒子/聚合物復(fù)合的多段節(jié)條形碼納米棒結(jié)構(gòu)。通過交替旋涂聚苯乙烯(PS)和聚丙烯酸(PAA)溶液得到聚合物多層膜,以膠體晶體為掩板結(jié)合等離子刻蝕技術(shù)構(gòu)筑了多段節(jié)的聚合物納米棒陣列結(jié)構(gòu)。然后通過離子交換、原位還原的方法將銀納米粒子選擇性的引入到聚合物納米棒中。銀納米粒子摻雜的納米棒可以從基底上剝離下來形成分散的懸濁液用于編碼設(shè)計。通過增加聚合物的段節(jié)數(shù),我們可以得到三段節(jié)、五段節(jié)、七段節(jié)甚至更多段節(jié)的聚合物納米棒結(jié)構(gòu)。另外,改變納米棒中聚丙烯酸段節(jié)的長度,我們可以得到多種長度比例的條形碼納米棒,且不同長度的聚丙烯酸段節(jié)的順序也是可以調(diào)控的,這大大增加了編碼容量。重要的是,通過引入另外一種不能與銀納米粒子進(jìn)行交換的聚合物來改變聚丙烯酸層的組成可以實現(xiàn)單一納米棒中不同段節(jié)銀納米粒子密度的調(diào)節(jié),這使得編碼能力得到改善,且不同聚合物比例所形成的條形碼納米棒都有其獨特的光學(xué)譜圖,這使其在產(chǎn)品追蹤和生物檢測方面有潛在的應(yīng)用價值。我們證明了形成具有可控編碼能力的條形碼納米棒的通用方法。由于這個方法構(gòu)建簡單、花費低廉,我們認(rèn)為通過引入其它功能化納米粒子進(jìn)入聚合物納米棒中,可以獲得多功能的編碼材料。在第四章中,我們利用膠體刻蝕和聚合物輔助納米粒子自組裝相結(jié)合的方法構(gòu)建了貴金屬的納米環(huán)和納米環(huán)陣列結(jié)構(gòu)。首先,利用膠體刻蝕的方法得到多段節(jié)的聚合物納米柱陣列結(jié)構(gòu),然后將聚合物納米柱季銨化使得聚四乙烯基吡啶(p4vp)段節(jié)表面帶正電,將其浸在帶負(fù)電的金納米粒子溶液中,在靜電力的驅(qū)動下實現(xiàn)金納米粒子在聚合物納米柱上的自組裝。將自組裝的金納米粒子浸在金的生長液中可以獲得金納米環(huán)結(jié)構(gòu),并且納米環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)是可調(diào)的。改變旋涂的層數(shù)可以獲得多段節(jié)的聚合物納米柱,從而可以在同一聚合物納米柱上制備出多個納米粒子環(huán)的結(jié)構(gòu)。我們也研究了金納米環(huán)的光學(xué)性質(zhì),其在近紅外區(qū)有一定的光學(xué)吸收。我們的這個方法有幾個優(yōu)點:第一,通過改變p4vp層的厚度和刻蝕時間我們能容易的調(diào)控金納米環(huán)的高度和直徑,同軸金納米環(huán)上相鄰環(huán)的間距可以通過改變ps間隔層的厚度進(jìn)行調(diào)控。第二,我們第一次實現(xiàn)了同軸的兩個、三個金納米環(huán)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑,并且調(diào)整刻蝕工藝可以制備不同直徑的同軸金納米環(huán)。第三,這些結(jié)構(gòu)可以從基底上釋放到溶液中形成大量的自支持的單分散的金納米環(huán)和納米環(huán)陣列結(jié)構(gòu)。我們認(rèn)為我們的方法為多種金屬納米環(huán)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建開辟了新的途徑,并且制得的金屬納米環(huán)在等離子天線,等離子半導(dǎo)體,負(fù)折射率材料等方面都有著潛在的應(yīng)用價值。
[Abstract]:In chapter 2 , the structure of polymer micro - nano - structure has been studied by means of colloid etching , selective ion exchange and in - situ reduction . The method has several advantages : firstly , by changing the thickness and the etching time of the p4vp layer , the height and the diameter of the gold nano ring can be controlled easily , the spacing between the adjacent rings on the coaxial gold nano ring can be regulated by changing the thickness of the ps spacer layer .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;O631

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本文編號：1366949