胶体组装方法制备结构色涂层研究进展

通过胶体组装获取光子晶体结构是制备结构色涂层的主要策略,本文综述了几种典型的胶体组装方法研究进展,同时介绍了通过胶体组装方法制备的结构色涂层的典型应用。

胶体自组装法制备光子晶体颜料的研究进展

与传统颜料生产及应用过程中的污染、能耗相比,光子晶体颜料是一种绿色无污染的新型结构色颜料。分析了光子晶体的生色原理,归纳了胶体自组装法制备光子晶体结构色颜料的方法。彩虹色光子晶体颜料的制备方法中,重力沉降法和垂直沉积法的工艺和设备最为简单,喷墨打印法可按需在基材表面精确定位、效率高。非彩虹色光子晶体颜料通常采用掺杂法、喷涂法、雾化沉积法及核壳结构法等制备,其中喷涂法和雾化沉积法可快速、大面积制备非彩虹色光子晶体颜料;核壳结构法能够制得稳定性较好、饱和度高的颜料。最后总结了光子晶体结构色颜料的优缺点及应用前景。

基于葡聚糖自组装胶体粒子的分子印迹传感器的制备及电化学性能

首先,以光敏小分子肉桂酸(CINN)为疏水基元,通过酯化反应对葡聚糖(Dex)进行疏水改性,制备双亲性大分子Dex-CINN;然后,利用选择性溶剂法诱导Dex-CINN与模板分子葡萄糖(Glu)共组装,制备分子印迹胶体粒子(MINPs)。通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1 HNMR)确定Dex-CINN的化学结构及改性率。利用Zeta电位及纳米粒度仪和透射电子电镜(TEM)对MINPs的粒径、电位及形貌进行表征。利用滴涂或电泳沉积的方法使MINPs在电极表面二次组装构建MINPs涂层,通过光交联固定涂层结构,再洗脱除去模板分子后得到分子印迹传感涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)对两种分子印迹传感涂层的形貌进行表征,并进一步利用循环伏安法(CV)、差分脉冲溶出伏安法(DPSV)对比研究两种分子印迹传感涂层的分析检测性能。研究结果表明:通过滴涂或电泳沉积的方法均能在电极表面制备分子印迹传感涂层;相比于滴涂法,电泳沉积法所制备的分子印迹传感涂层连续均匀,所形成的传感器对Glu具有更好的响应性以及识别能力,检测下限更低。

单分散胶体颗粒的有序组装及其应用研究进展

本文综述了近1～2年来课题组在单分散胶体微球有序组装及其应用方面的研究进展.其中包括250～1300 nm宽尺寸范围单分散二氧化硅胶体微球的重力沉降自组织;旨在提高光子晶体折射率反差的TiO2/SiO2复合胶体微球的有序组装;硬模板与催化材料一步复合的二元胶体体系颗粒的有序自组装;一种高效的聚苯乙烯胶体颗粒的批量组装技术;低体积分数聚苯乙烯胶体晶体的制备;以及聚苯乙烯胶粒晶体作为可调谐三维非线性光子晶体在高开关对比的光子晶体光开关方面的应用,和作为制备有序大孔材料硬模板在大分子催化方面的应用等.

壳聚糖/单宁酸复合胶体粒子的制备及功能涂层研究

以壳聚糖(Chitosan,CS)和单宁酸(Tannic acid,TA)为组装基元,在水溶液中通过pH诱导组装制备壳聚糖/单宁酸(CS/TA)复合胶体粒子,用透射电子显微镜(TEM)对复合胶体粒子的尺寸及形貌进行了表征。再将复合胶体粒子水分散液为电泳沉积液,通过电泳沉积技术诱导复合胶体粒子在316L不锈钢表面二次组装制备纳米功能涂层;利用接触角测试对涂层表面的亲疏水性进行了研究;并通过体外细胞实验探究了涂层的细胞相容性,抗菌实验测试了涂层对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性。研究结果表明,通过电诱导胶体粒子可以在316L不锈钢表面形成了致密的纳米涂层材料,涂层具有良好的细胞相容性和抗菌作用,在生物涂层领域有着潜在应用前景。

改性木质素磺酸钠基竹叶黄酮纳米胶体球的制备及防晒性能

采用自组装法,以竹叶碳苷黄酮(BLF_(70))为芯材,改性木质素磺酸钠(LS/CTAB)为壁材,在无水乙醇-正己烷体系中自组装制备纳米混悬液(NS_(LS/BLF)),添加1%的壳聚糖(CS)作为降色剂,真空冷冻干燥得纳米胶体球冻干粉(NS_(LS/BLF/CS))。结果表明,NS_(LS/BLF/CS)呈白色细粉状,色泽均匀,平均粒径为(402.5±21.0)nm,分散系数为0.351±0.006,平均电位为(-22.1±1.47)mV,包埋率为(80.57±0.55)%。与BLF_(70)相比,NS_(LS/BLF/CS)具有更好的紫外吸收性。本研究开发的NS_(LS/BLF/CS)有望成为商业性能良好的新型复合防晒功能因子。

二氧化硅光子晶体的超快速制备

光子晶体是一种折射率在空间呈周期性变化的光学纳米结构,具有光子带隙,能够调控光的传播。由于其独特的光学性质,光子晶体被广泛应用于通信、光电、化学传感、无墨印刷等领域。本实验将光子晶体引入本科实验的课堂,利用改进的Stöber法合成单分散二氧化硅微球,并创新地采用滴涂法进行自组装,快速简便地制备了光子晶体。整个实验过程耗时短,易操作,成本低廉,效果鲜明,富有趣味。在这个实验中,学生能够巩固基础操作,掌握纳米化学和胶体自组装的相关知识和操作,还能够通过综合光学和结构化学的知识,初步分析结构色的产生原理,提高学以致用的能力和多学科交叉综合素养。

结构色在纺织领域中的研究进展

结构生色作为一种清洁和生态的方法,与传统染料相比,其在纺织领域具有更为广阔的应用前景。详细介绍了包括光栅衍射、薄膜干涉、光散射和光子晶体四种构建结构色的相关机理,以及各种原理的调控策略;介绍了近年来研究人员应用较多的构建结构色的方法,并分析了各方法的优缺点;综述了结构色应用于纺织品的研究现状,特别是结构色颜料、纤维和织物。

光子晶体的研究进展

从20世纪80年代末提出光子晶体的概念以来,由于光子晶体独特的调节光子运动状态的特性,使其在许多领域有着广泛的用途。系统叙述了光子晶体的产生、结构、制备和应用,介绍了ZnO光子晶体的最新研究进展。

光子晶体的研究进展

从20世纪80年代末提出光子晶体的概念以来,由于光子晶体独特的调节光子运动状态的特性,使其在许多领域有着广泛的用途。系统叙述了光子晶体的产生、结构、制备和应用,介绍了 ZnO 光子晶体的最新研究进展。

结构色纤维的制备及应用进展

结构色纤维无需染料、色彩鲜艳、永不褪色的特点符合当前绿色、环保纤维纺织技术的发展新要求,有广阔的发展前景。概述了结构色纤维显色原理、制备及其应用,重点探讨了结构色纤维的制备方法,介绍了目前研究报道的微加工法、多层膜组装法、胶体晶体静电纺丝法、胶体组装法以及湿法纺丝等,讨论了这些方法的优缺点。

香豆素改性透明质酸颗粒乳化剂的制备及应用

利用7-（2-羟基乙氧基）-4-甲基香豆素（HEMC）疏水改性透明质酸（HA）制得光敏双亲大分子（HA-HEMC）,并通过自组装形成了HA-HEMC胶体粒子。通过核磁共振氢谱和紫外分光光度计确定了HA-HEMC的结构及取代度;采用动态激光光散射、纳米粒度仪和透射电镜等手段对胶体粒子的性质及形貌进行了表征。进一步以HA-HEMC胶体粒子作为颗粒乳化剂稳定油水界面,研究了胶体粒子质量浓度、油相类型、水相pH和盐浓度对胶体粒子乳化性能的影响。结果表明：HA-HEMC可以在选择性溶剂中自组装形成粒径约为236nm的球形胶体粒子;该胶体粒子能够在较宽的pH范围内（3-11）稳定水包油型乳液且所得乳液有良好的耐盐性;此外,HAHEMC胶体粒子还能稳定多种油-水体系。

三维光子晶体红外隐身材料特性

随着红外探测技术的飞速发展,红外隐身材料的研制与应用在世界各国受到强烈关注。光子晶体凭借其带隙的可调控性脱颖而出。利用带隙处于红外波段的光子晶体作为表面涂层材料能够有效改变目标的红外辐射特性,实现红外隐身。利用理论和实验验证相结合的方法,对基于胶体基元自组装技术制备蛋白石型光子晶体红外隐身材料进行研究,为新型红外隐身材料的发展提供理论指导和技术支持。根据布拉格衍射定律分别确定带隙处于红外探测仪和红外夜视仪的检测波段(3~5μm和8~14μm)的光子晶体胶体基元直径范围,并通过分散聚合法合成1~2.21μm单分散性良好的聚苯乙烯胶体基元。对垂直自组装法、重力沉降法和层层自组装法3种常用的胶体基元自组装方法进行研究,提出一种恒温水浴烘培法。研究结果表明,采用该方法得到的光子晶体结构规整,带隙范围内红外透射率从80%可降至25%,红外热成像仪测试显示对60℃的背景材料红外隐身效果好;该方法具有实验设备和工艺简便、耗时较短(仅3 h)、适用微球种类多、阵列规整有序等优点。

Au@PS阵列SERS基底的特性研究

表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)是一种高效快速的物质检测方法。其检测灵敏度高,有效地克服了常规拉曼散射信号弱难以得到推广应用的问题。研究SERS基底的结构及特性有助于理解增强机理,同时也为制备高性能的SERS基底奠定基础。本文以旋涂自组装的聚苯乙烯(PS)胶体球为基本结构,采用离子溅射镀膜的方式制备了Au@PS阵列结构的SERS基底。通过调整膜层厚度实现对球结构大小及间隙的调控,进而研究该种SERS基底在不同膜层厚度下的增强性能及表面形貌特征。扫描电镜图显示,当膜层厚度为50nm时,膜层外表面形成了明显的金颗粒;以罗丹明6G为探针分子,对制备的SERS基底进行拉曼表征,结果表明,膜层厚度50nm的SERS基底增强效果最强,对R6G溶液的检测极限达到了10-9mol/L;另外,采用FDTD软件对制备的SERS基底进行了电磁场仿真,仿真发现,强电磁场分布在球体间隙及金颗粒附近,同时发现,膜层厚度为50nm的模型电磁场强度最强,该结果与拉曼表征实验的结果一致。

基于壳聚糖/透明质酸钠胶体的温敏性Pickering乳液及其在生物催化中的应用

本文以负载脂肪酶的自组装胶体粒子为乳化剂,以十六烷为油相制备Pickering乳液,通过温度调控乳液的稳定性,提高脂肪酶的循环使用性能。首先,在荷正电的壳聚糖(CS)溶液中依次加入脂肪酶(CRL)和荷负电的天然大分子透明质酸钠(HA),利用壳聚糖与透明质酸钠之间的静电作用自组装形成脂肪酶@壳聚糖/透明质酸钠胶体(CRL@CS/HA CPs),将脂肪酶负载于胶体粒子内,提高CRL@CS/HA CPs的稳定性;以相变材料十六烷为油相,在高速均质作用下将CRL@CS/HA CPs组装到十六烷-水界面,构建温敏性Pickering乳液,应用于脂肪酶的界面催化;通过改变温度,诱导油相发生凝固-溶解实现破乳,回收CRL@CS/HA CPs,提高脂肪酶的循环使用性能。

肉桂酸改性透明质酸颗粒乳化剂的制备及性能

将具有紫外吸收性能的单体肉桂酸(CA)引入天然大分子透明质酸(HA)中,制得疏水性改性HA(HA-CA),然后在二甲亚砜与水的混合溶剂中自组装制备HA-CA胶体粒子,并以之为颗粒乳化剂稳定油水界面制备Pickering乳液。通过紫外、核磁、纳米粒度仪、透射电镜、光学显微镜等方法对HA-CA、HA-CA胶体粒子及其所稳定的乳液进行表征。结果表明,HA-CA可以在选择性溶剂中自组装形成粒径约为95nm的球形胶体粒子;所得的HA-CA胶体粒子可以有效地稳定油/水界面,制备水包油(O/W)型的Pickering乳液,且所得乳液具有良好的耐盐性和细胞相容性;此外该胶体粒子可稳定多种油/水体系,具有一定普适性。

Three-dimensional Ordered Silica Colloidal Film Self-assembly Deposited on a VerticalSubstrate

A method for preparation of particle crystal film constructed from monodisperse silica colloidal particles in diameter of about 300 nm is reported. The films were prepared from an ethanol suspension by vertical deposition that relies on capillary forces to assemble colloidal crystal particles on a vertical substrate. The 3D ordered films were characterized by transmission spectra and scanning electric microscope (SEM). The effect of evaporation temperature, particle concentration and sintered temperature on the quality of colloidal particle crystal film was investigated.

镁基表面葡聚糖功能涂层的制备与性能研究

以咖啡酸(CA)为疏水单元,通过酯化反应改性葡聚糖(Dex),制备光敏双亲大分子Dex-CA,在选择性溶剂二甲亚砜/无水乙醇(DMSO/C_2H_5OH)中自组装得到胶体粒子。用TEM表征胶体粒子的粒径及形貌。以DexCA胶体粒子分散液为电沉积液,结合恒电位电沉积技术在镁合金表面制备涂层,并利用CA的光二聚反应对涂层进行交联;利用红外光谱、X射线衍射以及扫描电镜表征涂层的化学组分及表面形貌,并通过电化学测试以及体外细胞实验对涂覆涂层后基材的防腐性能和细胞相容性进行研究。结果表明,Dex-CA自组装形成粒径约为150nm的球形胶体粒子;制备的涂层材料具有较低的细胞毒性和较好的细胞相容性,并能降低镁合金基材的初始降解速率,且光交联后能进一步提高基材的耐腐蚀性能。