纳米颗粒在光、磁场、不良溶剂诱导的自组装行为研究

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随着纳米技术的进步与发展,纳米颗粒的设计和改性引起了人们广泛关注。在热力学和动力学等共同作用下,纳米颗粒可以自发组装成有序的结构,进而形成具有全新的功能和性质的材料。纳米颗粒在自组装的过程受溶剂种类、温度、乳化时间、表面活性剂等因素的影响。因此,为了将自组装过程进行有效放大,将其进行工业应用,需要对自组装过程进行解析以达到准确控制。本文分别研究了光、磁场、添加不良溶剂诱导的纳米颗粒的组装。
  1.偶氮苯功能化的纳米颗粒的光响应
  首先,成功合成了带有偶氮苯和端基为邻苯二酚基团的配体分子AZO和各向同性的球形Fe3O4纳米颗粒。偶氮苯是一种特殊的具有光响应性的分子,在紫外光照射下,反式偶氮苯会异构化为顺式偶氮苯,经过可见光照射后,顺式偶氮苯反异构化为反式偶氮苯。通过配体交换,将AZO分子修饰到Fe3O4纳米颗粒表面,赋予纳米颗粒光响应性;由于顺式偶氮苯之间的偶极-偶极作用,具有光响应性的Fe3O4纳米颗粒经过紫外光的照射会发生聚集,而在可见光的照射下,聚集的纳米颗粒又会解聚。最后,利用TEM、UV-Vis、DLS等对Fe3O4的光响应进行表征。
  2.光和磁场诱导偶氮苯功能化的纳米颗粒自组装形成乳液
  我们利用顺式偶氮苯配体与反式偶氮苯配体的极性差异,在体系中加入少量的极性溶剂N,N-二甲基甲酰氨(DMF),研究了Fe3O4纳米颗粒聚集体在解聚时组装成乳液的过程。并且在体系中加入荧光指示剂罗丹明6G,证实了乳液内部充满DMF,而外部却是甲苯溶液;然后探究了纳米颗粒表面配体与极性溶剂的比例对液滴形成的影响;在液滴形成过程中,在外部施加一个磁场,探究了液滴形貌在磁场作用下的变化,实现了对纳米颗粒乳液的重构;利用TEM、UV-Vis、DLS等对形成乳液的动态过程进行表征。
  3.光和不良溶剂诱导的Au-Fe3O4二元纳米颗粒的选择性组装
  首先,合成了巯基作为端基的光响应偶氮苯配体;通过改变Au纳米颗粒、乙酰丙酮铁、油酸、油胺等的量,合成出粒径比不同的各向异性的Au-Fe3O4颗粒;然后,通过配体交换,对Au-Fe3O4颗粒中的Au纳米颗粒表面进行改性,配体交换后的Au-Fe3O4颗粒在紫外光及正己烷诱导下会发生聚集现象,而此时的聚集是二元纳米颗粒中金纳米颗粒与金纳米颗粒之间的聚集。最后,以4-甲氧基苯甲醛和二甲基苯基硅烷的硅氢加成反应为模型,探究了紫外光照下Au纳米颗粒之间的聚集对反应效率的影响。
  4.不良溶剂诱导的CdSe纳米片的组装
  在本章中,我们选择片状的纳米颗粒作为研究对象。首先合成均匀的CdSe纳米片,此时的CdSe纳米片是易于聚集的,然后通过阴离子聚合法合成出不同分子量的巯基聚苯乙烯分子,并以配体交换的方式将不同链长的巯基聚苯乙烯分子修饰到CdSe纳米片的表面,配体交换后的CdSe纳米片更加稳定;最后,我们通过添加不良溶剂对配体交换后的CdSe纳米片进行组装,探究出改变配体分子量、不良溶剂的种类及纳米颗粒浓度,可以得到球形、长链形、纤维状的组装聚集体。
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