宏观Janus纳米金二维膜的构建及其功能化应用

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhdbbc
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纳米金二维膜是通过其单分散的纳米颗粒在二维空间内紧密排列获得的,区别于其一维的单分散粒子和三维的块体材料,具有独特的物理化学性质,拓展了贵金属纳米材料的应用领域和范围,成为人们研究的热点。然而,通过传统的自组装方式得到的金纳米颗粒的二维单层膜具有两面对称的形貌和性质,在某种程度上就限制了它们在许多领域的应用。近年来,随着人们对多功能应用需求的增加,Janus结构的材料逐渐被报道。通过对膜两面的物理结构和化学组成的改变,构建性质和功能不对称的Janus膜具有重要意义。结合贵金属纳米颗粒的界面自组装和不对称生长,本论文主要开展了以下三个方面的工作:1.利用水油界面自组装得到的宏观大面积纳米金二维膜作为种子,将纳米金膜转移至含有氯金酸,对巯基苯甲酸(4-MBA)和抗坏血酸(AA)的生长液表面,继续在气液界面进行不对称的生长,得到两面不同形貌的Janus纳米金单层膜。探讨了生长液中4-MBA和氯金酸的相对浓度对Janus金膜下表面形貌的影响,改变二维膜中纳米金颗粒的形状来调控Janus金膜的上表面形貌,并对比了纳米金不同晶面对生长模式的影响。研究了其它几种贵金属(Ag,Pt,Pd)生长液以金膜为种子进行不对称生长的不同生长模式和形貌。这种构建Janus纳米金二维膜的简单快速且具有普适性的方法对构筑具有新型功能的高级等离子体材料具有重要意义。2.利用Janus纳米金膜的两面形貌的不对称性,研究了形貌对膜两面光学性质和润湿性的影响,以及在SERS检测中表现出的多功能性。鉴于Janus纳米金膜是在气液界面处进行生长获得,不受固体基底的限制,具有自支撑性,易转移至多种基底(如硅片,石英玻璃,PDMS等),这类具有独特性能的贵金属纳米材料二维单层膜,可以成为极具吸引力和前景的先进材料和器件的构件,拓展了纳米金的应用场景和范围。3.利用薄且透明的PDMS作为转移介质,将水油界面自组装成的纳米金二维膜与PNIPAM水凝胶通过共聚的方式复合,得到两面成分不同的Janus纳米金膜-PNIPAM水凝胶材料。结合纳米金二维膜的光热转换性质和PNIPAM水凝胶的温敏性相变性质,Janus纳米金膜-PNIPAM水凝胶材料具有快速的光开关致透明/不透明的响应变化。深入研究了不同尺寸、形貌的纳米金颗粒二维膜与PNIPAM水凝胶复合的Janus材料的光响应性,以及在智能窗户领域的实际应用,这将进一步拓展贵金属纳米材料在智能光学器件上的应用前景。本论文对自组装的纳米金膜进行形貌上和成分上的再次调控和复合来制备基于金二维膜的Janus结构:构建的Janus纳米金单层膜具有灵活的两面形貌、组分可调性,以及自支撑性,可轻松地转移至多种基底,并且由于膜两面形貌的差异,Janus纳米金单层膜表现出不对称的光学性质和润湿性以及SERS应用。Janus金膜-PNIPAM水凝胶材料同时具有贵金属纳米材料的光热转换性质和PNIPAM水凝胶的温敏性可逆相变性质,表现出快速的光开关响应性透明/不透明可逆转换的优异性能,将在智能窗户领域具有较大的应用价值。
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