有序微結構的自組裝制備及應用.pdf

1、有序微結構制備技術和微尺度上有序物質性質的研究已經成為當代科學和技術的重點之一。其中以基本的納米顆粒通過自組裝形成各種有序微結構尤其具有重要的意義。膠體晶體正是這樣一類由一種或多種單分散膠體粒子組裝而成的二維或三維特殊的有序微結構材料，在光學、電學、傳感、催化、分離等諸多領域有著廣泛的應用，長期以來一直是研究的熱點。因此，本論文合成了多種用于自組裝的單分散膠體粒子，用膠體微球自組裝技術制備了各種有序微結構并發(fā)掘了它們在與生物醫(yī)學工程有關

2、的光學器件、生物化學分子檢測等領域的一些應用。具體研究內容有：
　　 (1)合成了用于膠體晶體組裝的單分散聚合物膠體微球（聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯）和單分散實心二氧化硅膠體微球，通過控制加料量可以很好的調節(jié)微球的尺寸。還以實心二氧化硅微球為種子合成了具有極高比表面積的單分散介孔二氧化硅膠體微球，該方法可以很好的控制微球尺寸，保持微球良好的單分散性，為高靈敏度膠體光子晶體傳感器的開發(fā)提供了基礎。此外我們還闡明了這種介孔二氧化硅微

3、球的形成機理。我們還合成了成分為HSiO1.5的有序介孔微球，并以它為前驅體通過熱處理的方法原位合成了具有熒光特性的納米晶硅/二氧化硅復合有序介孔微球，在發(fā)光光子晶體、納米載藥與細胞成像等方面有著重要的應用價值。
　　 (2)以合成的單分散膠體微球作為基礎材料，用垂直沉積法等制備得到了高質量的聚苯乙烯和二氧化硅蛋白石結構膠體晶體，并以此為模板進而得到了各種有機、無機材料的反蛋白石有序多孔結構。我們還利用薄膜拉伸的方法在聚合物反蛋

4、白石膜的基礎上獲得了多種各向異性的有序多孔結構，根據(jù)拉伸處理方法的不同獲得不同的各向異性結構；利用可控周期提拉法制備出具有各種周期的膠體晶體條帶的有序分級結構。還把聚合物反蛋白石膜與激光刻蝕技術相結合制備出帶狀和點狀有序微結構陣列。這些研究為有序微結構材料在構建光學器件、生物化學傳感、細胞支架材料等方面的應用提供了基礎。
　　 (3)具備通過外界激勵來調節(jié)光子帶隙的能力對光子晶體顯得尤為重要，盡管目前已經有了許多關于設計和制備可

5、調制光子晶體的報道，但是構建具有雙折射性質的光調制光子晶體卻很鮮見。本文利用單軸拉伸的聚甲基丙烯酸甲酯反蛋白石微結構對液晶分子的定向作用首次得到了可調制雙折射光子晶體。這種雙折射光子晶體在平行于拉伸方向上存在光子禁帶而在垂直方向上不存在禁帶。禁帶可以通過光調制，在兩個方向上實現(xiàn)不同的轉變。在切換紫外光激勵時，平行方向上發(fā)生禁帶位置移動；而垂直方向上發(fā)生的是禁帶的開關。此外，還利用這種雙折射光子晶體設計了一種具有獨立雙禁帶的光子晶體器件。

6、這種具有特殊光學性質的雙折射光子晶體為在不同偏振方向上獨立設計禁帶提供了一種新途徑，有望在偏振顯示，偏振分光器，偏振保持光波導等方面產生重要應用價值。
　　 (4)編碼載體和靶物分析是開發(fā)懸浮序列的兩項關鍵技術，本文基于二向色性染料的偏振發(fā)光比率，提出了一種新的微載體編碼方式。在一片載體中摻入一種染料通過拉伸誘導染料取向就可產生眾多的編碼。這種編碼方式可以巧妙的避免由光漂白導致的錯碼問題，具有很好的穩(wěn)定性。同時，我們還將微載體設

7、計成反蛋白石結構，與光子晶體非標記檢測技術相結合，避免了標記檢測的一些缺陷，有望在基因表達研究、藥物篩選和醫(yī)學診斷等領域得到應用。
　　 (5)人工嗅覺系統(tǒng)醫(yī)學診斷、本土安全、工業(yè)生產控制等領域有著極其重要的應用。本文提出了一種基于催化劑摻雜的三氧化鎢反蛋白石光子晶體構建新型人工光子鼻的構想，并以摻鉑的三氧化鎢反蛋白石光子晶體氫氣傳感器作為初步嘗試。利用氫氣和摻鉑的三氧化鎢之間的特異性反應引起光子晶體特征反射峰的改變，從高濃度（